DE2058629B

DE2058629B -

Info

Publication number: DE2058629B
Authority: DE

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Aufbrechen von Erdformationen mittels eines Bohrlochs und einer darin verlegten Rohrleitung, bei welchem in der Mitte des Rohrstrangs eine hochviskose Flüssigkeit durch einen Schmierfilm geringer Viskosität entlang der Rohrleitungswandung hindurch in d'e Erdformation eingebracht wird, eine Aufbrechflüssigkeit zur Vepvendung bei einem dieser Verfahren und ein Herstellungsverfahren für diese Aufbrechflüssigkeit.The invention relates to methods of fracturing earth formations by means of a borehole and a pipeline laid in it, in which a highly viscous liquid in the middle of the pipe string through a lubricating film of low viscosity along the pipe wall in d'e earth formation a fracturing fluid for use in any of these methods and a Manufacturing process for this fracturing fluid.

Es sind verschiedene Verfahren und Zusammensetzungen zum hydraulischen Aufbrechen von Erdformationen bekannt, die von einem Bohrloch durchsetzt sind, um die Produktion von Erdöl- oder Erdgasbohrungen in Formationen von geringer Durchlässigkeit zu verstärken. Die Aufbrechflüssigkeit wird dabei durch die in dem Bohrloch verlegte Rohileitung in solcher Menge in die aufzubrechende Formation gepumpt, daß in dieser eine Aufbrechspalte geöffnet und von dem Bohrloch aus bis in die Formation ausgedehnt wird. Die Flüssigkeit enthält einen schwerlöslichen Feststoff, der sich in der Aufbrechspaltc ablagert und den aufgebrochenen Hohlraum abstützt. Im Verlauf des Verfahrens wird die Aufbrechflüssigkeit zurückgeführt, und das Stützmittel verbleibt in dom Hohlraum, dessen vollständiger Abschluß dadurch verhindert wird, so daß ein sich vom Bohrloch in die Formation erstreckender durchlässiger Kanal erhallen wird.There are various methods and compositions for hydraulically fracturing earth formations known, which are penetrated by a borehole to the production of oil or natural gas wells reinforce in formations of low permeability. The breaking fluid will through the raw pipeline laid in the borehole in such an amount into the formation to be broken up pumped that a fracture opened in this and expanded from the borehole into the formation will. The liquid contains a sparingly soluble solid, which is in the Aufbruchspaltc deposits and supports the broken cavity. In the course of the procedure, the fracturing fluid becomes returned, and the proppant remains in the cavity, its complete closure thereby is prevented so that a permeable channel extending from the borehole into the formation will echo.

Die Leitfähigkeit der abgestützten Aufbrcchr.palte hängt unter anderem \on der Größe der PartikelnThe conductivity of the supported gap depends, among other things, on the size of the particles

des eingebrachten Abstiitzniittels sowie von der Weite ab, bis zu der sie durch Injektion der Au^fbrechluissigkeit geöffnet werden kann. Damit die Aufbrech-Npalte auf die für das Einbringen des Abstützmittels ausreichende Weite geöffnet wird, darf die Aufbrechflüssigkeit in die umgebende Formation nicht schnell einsickern, sondern muß längere Zeit in dem aufgebrochenen Hohlraum verbleiben, in dem die Drücke aufrechterhalten werden müssen, die die Aufbrechspalle in annehmbarem Verhältnis zur Menge der eingeführten Aufbrechflüssigkeit öffnen.of the introduced Abstiitzniittels as well as the length from up to which they ^f by injection of Au can be opened brechluissigkeit. In order for the rupture gap to be opened to a sufficient width for the introduction of the proppant, the fracturing fluid must not seep into the surrounding formation quickly, but must remain in the broken cavity for a longer period of time, in which the pressures that the rupture gap in must be maintained open to an acceptable proportion to the amount of fracturing fluid introduced.

Hierfür ist es normalerweise erforderlich, daß die Aufbrechflüssigkeiten eine sehr hohe Viskosität haben oder Mittel zum Schließen der Poren in der Formation zwecks Verhinderung von Flüssigkeitsverlusten enthalten. This normally requires that the breaking fluids have a very high viscosity or contain means for closing the pores in the formation to prevent fluid loss.

Die Verwendung von Aufbrechflüssigkeiten verhältnismäßig hoher Viskosität ist vorteilhaft, weil in ihnen Partikeln des Stützmittels schweben können, ohne daß sich diese Mittel übermäßig absetzen. Auch können verhältnismäßig große Partikeln des Stützjnittels in die Erdformation mittels Aufbrecht! üssigkeiten hoher Viskosität eingebracht werden, wo sich größere Aufhrechspalten ergeben, die eine Brückenbildung des Stützmittels an der Mündung der Aufbrechspalten und ein Absetzen oder »Aussieben« des Stützmittel im Bohrloch verhindern. Die Verwendung \on Aufbrechfluisigkeiten hoher Viskosität wird jedoch beeinträchtigt durrh die Reibungsverluste, die beim Einbringen der Flüssigkeiten in die Formation mittels der im Bohrloch verlegt η Rohrleitung auftreten. Da die am Bohrlochkopf vorhandene Pumpvorrichtung nur eine begrenzte Leistung hat, sind die zur Überwindung dieser Reibungsverluste erforderlichen Kräfte und damit verbundenen hydraulischen Drücke oft nicht ausreichend. Infolgedessen kann eine Aufbrechflüssigkeit von hoher Viskosität vielfach nicht in genügender Menge in die aufzubrechende Formation eingebracht werden, um die Aufbrechspalte genügend weit zu öffnen und hierin das Stützmittel abzulagern, weil in der Bohrlochverrohrung übermäßige Reibungsverluste auftreten, zu deren Überwindung eine größere Pumpenleistung als verfügbar erforderlich wäre, und wodurch der in der Verrohrung erzeugte Flüssigkeitsdruck die zulässige Höchstdruckgrenze übersteigen würde.The use of relatively high viscosity fracturing fluids is advantageous because in particles of the proppant can float them without these agents settling out excessively. Also relatively large particles of the support material into the earth formation by breaking up! fluids high viscosity are introduced, where there are larger open gaps that form bridges of the proppant at the mouth of the cracks and a settling or "sieving out" of the Prevent proppants in the borehole. The use of high viscosity break-up fluids, however This affects the frictional losses that occur when the fluids are introduced into the formation by means of the η pipeline laid in the borehole. Since the pumping device present at the wellhead has limited power, the to overcome these frictional losses and the associated hydraulic forces Often times, do not press enough. As a result, a breaking liquid of high viscosity can multiply not introduced into the formation to be fractured in sufficient quantities to clear the fracture fracture to open sufficiently wide and to deposit the proppant therein because in the well casing excessive frictional losses occur, which a greater pump capacity than available to overcome would be required, and which makes the fluid pressure generated in the tubing the allowable Would exceed the maximum pressure limit.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 265 684 ist es bekannt, zur Vermeidung der hohen Reibungsverluste beim Pumpen der hochviskosen Aufbrechflüssigkeiten durch die im Bohrloch verlegte Rohrleitung eine wesentlich weniger viskose Flüssigkeit zuzusetzen und als ringförmiger Strom, der die viskose Aufbrechflüssigkeit umgibt, durch das Bohrloch nach unten zu führen. Die viskose Aufbrechflüssigkeit besteht hierbei aus einer Wasser-in-Öl-Emulsion und die weniger viskose Flüssigkeit aus Wasser, zu deren Einführen eine zusätzliche Vorrichtung erforderlich ist. Außerdem beschränkt die Verwendung der Wasserin-Öl-Emulsion als Aufbrechflüssigkeit das hydraulische Aufbrechen der Erdformationen auf Erdölbohrungen und ist für Wasser-, Gas- und Mincralbrunnen nicht anwendbar.From the German Auslegeschrift 1 265 684 it is known to avoid the high friction losses when pumping the highly viscous fracturing fluids through the pipeline laid in the borehole a add significantly less viscous liquid and as an annular stream that the viscous breaking liquid surrounds to lead down through the borehole. The viscous breakup fluid exists here from a water-in-oil emulsion and the less viscous liquid from water, for the introduction of which an additional device is required is. In addition, the use of the water-in-oil emulsion as a breaking fluid limits the hydraulic Breaking up the earth formations on oil wells and is for water, gas and mineral wells not applicable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei Verwendung einer Aufbrechfliissigkeit hoher Viskosität auftretenden Nachteile zu vermeiden. Gemäß der Erfindung werden als hochviskose Aiifbrechflüssigkeiten im wesentlichen entweder ein mit der mctal-I sehen Rohrleitung reagierendes und durch diese Reaktion den geringviskosen Schmierfilm bildendes vernetztes Gel aus einem Galaciomannan-Gummi und Wasser oder ein vernetztes Gel aus einem Galactomannan-Gummi und Wasser verwendet. Das hierbei benutzte Galactomannan-Gummi ist beschrieben in dem Buch von W h i s 11 e r und B e M i 11 e r »industrial Gums, Polysaccharides and their Derivatives«, New York, 1959, S. 321, und in »The Chemistry of Plant Gums and Mucilages« vonThe invention is based on the object at Use of a high viscosity break-up liquid to avoid any disadvantages. According to the invention, the highly viscous breakdown liquids essentially either one with the mctal-I see pipelines reacting and, as a result of this reaction, forming the low-viscosity lubricating film cross-linked gel made from a galaciomannan gum and water or a crosslinked gel composed of a galactomannan gum and water is used. The Galactomannan gum used here is described in the book by W h i s 11 e r and B e M i 11 e r »industrial gums, Polysaccharides and their Derivatives ", New York, 1959, p. 321, and in" The Chemistry of Plant Gums and Mucilages "by

ίο Smith und Montgomery, veröffentlicht durch die Reinhoid Publishing Corporation, London, 1959, S. 20 und 21. Das Galactomannan-Gummi ist ein nichtionisiertes, neutrales Polysaccharid und ergibt bei geringer Konzentration hochviskose Lösungen.ίο Smith and Montgomery, published by Reinhoid Publishing Corporation, London, 1959, pp. 20 and 21. The galactomannan gum is a non-ionized, neutral polysaccharide and results in highly viscous solutions at low concentrations.

Es wird aus Samen von Hülsenfrüchtlern gewonnen,It is obtained from the seeds of legumes,

z. B. Guabohne, Johannisbrotbaum, Kenvucky-Kaffeebohne. Japanischer Pagodenbaum, Klee, Luzerne usw.z. B. Guabean, Carob Tree, Kenvucky Coffee Bean. Japanese pagoda tree, clover, alfalfa, etc.

Das bei dem Verfahren gemäß der ErfindungThat in the method according to the invention

verwendete vernetzte Gel hat ähnliche Viskositätseigenschaften wie ein halbfester Stoff und bildet bei der Berührung mit der metallischen Rohrleitungswandung, z. B. aus Stahl oder Kupfer, einen Schmierfilm geringer Viskosität.
Diese Aufbre:hflüssigkeit hat vorzugsweise eine Viskosität über 20 000 cP. Wenn sie in die aufzubrechende Erdformation eindringt, sickert die geringviskose Flüssigkeit rasch in das umgebende Gebirge, während die iicchviskose Flüssigkeit in der Aufbrechspalte zurückgehalten wird. Die Verwendung dieser hochviskosen Aufbrechflüssigkeit hat bessere Ergebnisse als die üblichen Aufbrechflüssigkeiten und ermöglicht das Einbringen größerer Stützmittel in die Aufbrechspalten als bisher, deren hierdurch erreichte größere Weite Aussiebungen der Aufbrechflüssigkeit verhindert. Außerdem wird durch das Einbringen größerer Partikeln des Stützmittel eine größere Leitfähigkeit der Aufbrechspalte als bisher erhalten.cross-linked gel used has similar viscosity properties as a semi-solid substance and forms when it comes into contact with the metallic pipe wall, e.g. B. made of steel or copper, a lubricating film of low viscosity.
This break-up liquid preferably has a viscosity in excess of 20,000 cP. When it penetrates the earth formation to be broken up, the low-viscosity liquid quickly seeps into the surrounding rock, while the high-viscosity liquid is retained in the fracture crack. The use of this highly viscous break-up liquid has better results than the usual break-up liquids and enables larger proppants to be introduced into the break-up gaps than before, the greater width of which, thus achieved, prevents the break-up liquid from being sieved out. In addition, by introducing larger particles of the proppant, a greater conductivity of the opening gap is obtained than before.

In einer bevorzugten Aufbrechflüssigkeit enthält dasIn a preferred break-up fluid contains the

vernetzte Gs! etwa 0,3 bis 3,0 Gewichtsprozent Galactomannan-Gummi und als Vernetzungsmittel etwa 0,001 bis 0,5 Gewichtsprozent geschmolzenes Kalium-Pyroantimonat.networked Gs! about 0.3 to 3.0 percent by weight Galactomannan gum and, as a crosslinking agent, about 0.001 to 0.5 weight percent molten Potassium Pyroantimonate.

Bei einem geringeren Gehalt als 0,3 Gewichtsprozent Galactomannan-Gummi ist nicht genug Gummi vorhanden, um das gewünschte vernetzte Gel endgültig zu bilden. Bei größerem Gehalt als 3,0 Gewichtsprozent Galactomannan-Gummi ist nicht genug Wasser vorhanden, um Gummi völlig zu hydrieren Geschmolzenes Kalium-Pyroantimonat ist bei Konzentrationen von weniger als 0,001 °/₀ des Wassergewicht: nicht genug vorhanden, um das hydrierte Gumm ausreichend zu vernetzen, und bei Konzenirationer über 0,5 ⁿ/_n des Wassergewichts ist mehr geschmolzene; Kalium-Pyroantimonat vorhanden als in Reaktior gebracht werden kann.If the content is less than 0.3 weight percent galactomannan gum, there will not be enough gum to ultimately form the desired crosslinked gel. For higher content than 3.0 percent by weight of galactomannan gum is not enough water present to rubber completely hydrogenate Molten potassium Pyroantimonat is at concentrations of less than 0.001 ° / ₀ of the weight of water: to the hydrogenated Gumm to crosslink sufficiently not enough available , and at concentrations above 0.5 ⁿ / _{n of} the weight of the water there is more molten; Potassium pyroantimonate present than can be brought into the reactor.

Durch Mischen einer bestimmten Menge Galacto mannan-Gummi mit Basis-Wasser kann ein hydrierte: Gel gebildet werden. Für diesen Zweck kann jedi geeignete konventionelle intermittierende Mischvor richtung verwendet werden. Nachdem Gummi unc Wasser genügend lange gemischt worden sind, um da hydrierte Gel zu bilden, wird dieses mit geschmolzenen Kalium-Pyroantimonat gemischt, das eine Vernctzunj des hydrierten Gels bewirkt, wodurch ein hochviskose Gel-Komplex gebildet wird.By mixing a certain amount of Galacto mannan gum with base water, a hydrogenated: Gel can be formed. Any suitable conventional intermittent mixing can be used for this purpose direction can be used. After rubber and water have been mixed long enough to be there To form hydrated gel, this is mixed with molten potassium pyroantimonate, which is a Vernctzunj of the hydrogenated gel, whereby a highly viscous gel complex is formed.

Das Eintreten der Vernetzungsreaktion ist bc normalen Mischtemperaturen (16 bis 49°C) abhängi, von dem pH-Wert der Wasscr-üummi-Miscluing. DiThe occurrence of the crosslinking reaction depends on normal mixing temperatures (16 to 49 ° C), of the pH of the water-gum miscluing. Tuesday

Vernetzungsreaktion tritt besonders bei einem pH-Wert unter etwa 1,5 nicht ein, und bei einem pH-Wert ober 5,5 dauert die Reaktion länger als 2 Stunden. Die günstigste Vernetzungsreaktion ergibt sich bei einem pH-Wert von ungefähr 3,Crosslinking reaction occurs especially at a pH value below about 1.5 does not occur, and at a pH above 5.5 the reaction lasts longer than 2 hours. The most favorable crosslinking reaction occurs at a pH value of around 3,

Um sicherzustellen, daß die Reaktion in einer gewünschten Zeitspanne eintritt, kann der pH-Wert des Wassers oder der Wasser-Gummi-Mischung auf einen gewünschten Wert im Bereich von ungefähr 1,5 bis 5,5 durch Zusatz eines den pH-Wert beeinflussenden Chemikals eingestellt werden. Da Wasser aus den meisten Quellen im wesentlichen neutral ist, können als Chemikalien für diesen Zweck Säuren, Puffer-Säuren, Mischungen hiervon oder Mischungen von Säuren und Basen verwendet werden. Geeignete Säuren sind beispielsweise Salzsäure, Fumarsäure und phthalsäure. Beispiele von geeigneten Puffersäuren lind Kaliumbiphthalat, Natriumhydrofumarat und Natriumdihydrozitrat. Beispiele ν η Mischungen von Säuren und Basen sind Fumar-Säure und Natriumfumarat, Adipinsäure und Dinatriumphosphat sowie Fumar-Säure und Natriumkarbonat. Eine Mischung von 70 Gewichtsprozent Fumar-Säure und 30 Gewichtsprozent Natriumkarbonat wird bevorzugt.To ensure that the reaction occurs in a desired period of time, the pH of the water or the water-gum mixture to a desired value in the range of approximately 1.5 to 5.5 can be adjusted by adding a chemical that affects the pH value. Because water is essentially neutral from most sources, chemicals for this purpose can be acids, Buffer acids, mixtures thereof, or mixtures of acids and bases can be used. Suitable Acids are, for example, hydrochloric acid, fumaric acid and phthalic acid. Examples of suitable buffer acids lind potassium biphthalate, sodium hydrofumarate and sodium dihydrocitrate. Examples ν η mixtures of Acids and bases include fumaric acid and sodium fumarate, adipic acid and disodium phosphate as well Fumaric acid and sodium carbonate. A mixture of 70 percent by weight fumaric acid and 30 percent by weight Sodium carbonate is preferred.

Ein besonders bevorzugtes Gemisch entsprechend <ler vorliegenden Erfindung besteht aus einem vernetzten Gel, das Wasser etwa 0,3 bis 3,0 Gewichtsprozent, Guar-Gummi etwa 70 bis 30 Gewichtsprozent, einer Mischung aus Fumar-Säure und Natriumkarbonat in einer zum Einstellen des pH-Wertes des Gemisches von etwa 1,5 bis 5,5 genügenden Menge und geschmolzenes Kalium-Pyroantimonat in einer Menge von etwa 0,001 bis 0,50% des Wassergewichts enthält.A particularly preferred mixture according to the present invention consists of a crosslinked one Gel, the water about 0.3 to 3.0 percent by weight, guar gum about 70 to 30 percent by weight, a mixture of fumaric acid and sodium carbonate in one to adjust the pH of the mixture of about 1.5 to 5.5 sufficient amount and molten potassium pyroantimonate in in an amount from about 0.001 to 0.50% by weight of water.

Die Chemikalien zum Einstellen des pH-Wertes können dem Wasser vor, gleichzeitig mit oder nach Zusetzen des Gummis zugesetzt werden.The chemicals for adjusting the pH value can be added before, at the same time with or after the water Adding the gum can be added.

Das Galactomannan-Gummi sollte vor dem Zusetzen des Vernetzungsmittels hydriert sein, damit nach Beginn der Vernetzungsreaktion nur eine sehr geringe zusätzliche Hydrierung eintreten kann. Auch Wenn in dem Gel-Komplex ein schwer löslicher Feststoff als Stützmittel suspendiert ist, muß er mit dem hydrierten Gel vor oder gleichzeitig mit dem VernetzungsmiUel gemischt werden, da nach dem Vernetzen des Gels seine hohe Viskosität ein wirksames jM'schen mit deni Stützmittel ausschließt.The galactomannan gum should be used before adding of the crosslinking agent to be hydrogenated so that after the start of the crosslinking reaction only a very little additional hydrogenation can occur. Even if in the gel complex a poorly soluble one Solid as proppant is suspended, it must be with the hydrated gel before or at the same time with the Crosslinking agents are mixed because after crosslinking the gel its high viscosity is an effective excludes jM'schen with deni proppants.

Das vernetzte Gel kann nach seiner Bildung fortlaufend durch die in dem Bohrloch verlegte Rohrleitung durch Pumpen mittels einer üblichen Pumpeinrichtung in die aufzubrechende Formation injiziert \verden. Da das auf Wasserbasis vernetzte Gel die kohrwandung berührt, wird durch den zwischen der iRohrwandung und dem hochviskosen Gel gebildeten, hu wesentlichen aus Wasser bestehenden Schmierfilm von wesentlich geringerer Viskosität bewirkt, daß das durch die Rohrleitung in die Formation fließende hochviskose Gel keinen hohen Reibungsverlusten ausgesetzt wird.The crosslinked gel can be continuous after it is formed through the pipeline laid in the borehole by pumping by means of a conventional pumping device injected into the formation to be broken. Since the water-based crosslinked gel is the the tube wall is affected by the gel formed between the tube wall and the highly viscous gel. hu a lubricating film consisting essentially of water and having a significantly lower viscosity causes the The highly viscous gel flowing through the pipeline into the formation does not suffer from high friction losses is exposed.

Das Vernetzungsmittel, wie geschmolzenes Kalium-Pyroantimonat. ist giftig und sollte zum Schutz des Personals und zur Erleichterung des Mischens mit dem hydrierten Gel vor dem Transportieren zu der Ver-Wendungsstelle mit Wasser oder einer anderen Flüssigkeit aufgeschlämmt werden.The crosslinking agent, such as fused potassium pyroantimonate. is poisonous and should protect the Personnel and to facilitate mixing with the hydrated gel prior to transporting it to the point of use be slurried with water or another liquid.

Ein Schlamm von etwa 0,680 kg des Vernetzungsmittels auf je 3,785 1 Schlamm ist empfehlenswert. A sludge of around 0.680 kg of the crosslinking agent for every 3.785 l of sludge is recommended.

Als Abstützmittel kann eine Auswahl schwer löslicher Feststoffe in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Aufbrechflüssigkeit verwendet werden, wie Quarzsandkörner, wärmebehandelte Glasperlen, abgerundete Walnußschalenstücke, Aluminiumkugeln und ähnliche Stoffe. Diese Mittel werden im allgemeinen in Konzentrationen zwischen etwa 0,454 kg bis 3,632 kg auf je 3,785 1 der Aufbrechflüssigkeit verwendet, es können aber auch erforderlichenfalls höhere oder niedrigere Konzentrationen AnwendungA selection of sparingly soluble solids in connection with the inventive Breaking liquid can be used, such as grains of quartz sand, heat-treated glass beads, rounded ones Walnut shell pieces, aluminum balls and similar materials. These funds are generally used used in concentrations between about 0.454 kg to 3.632 kg for each 3.785 l of the breaking liquid, However, if necessary, higher or lower concentrations can also be used

ίο finden. Die Größe des verwendeten Stützmittels ist abhängig von der besonderen Art der aufzubrechenden Formation, den verfügbaren Druck- und Pumpverhältnissen und anderen Faktoren. Im allgemeinen können Partikeln von einer Korngröße entsprechend der Maschenweite 2 der »US Sieve Series«-Skala zum Aufbrechen von Formationen mit den erfindungsgemäßen Gemischen verwendet werden, ohne daß ein Ausscheiden stattfinden
Die Gemische entsprechend der Erfindung können manchmal zu verhältnismäßig dünnen Flüssigkeiten, von geringer Viskosität zerfallen oder sich zurückverwandeln. Die Stabilität der Gemische oder die Zeit, in welcher diese hochviskos bleiben, sind abhängig von dem pH-Wert und der Temperatur des Gemisches.ίο find. The size of proppant used will depend on the particular type of formation being fractured, the available pressure and pumping ratios, and other factors. In general, particles with a grain size corresponding to the mesh size 2 of the "US Sieve Series" scale can be used to break up formations with the mixtures according to the invention without precipitation taking place
The mixtures according to the invention can sometimes disintegrate or revert to relatively thin liquids, of low viscosity. The stability of the mixtures or the time in which they remain highly viscous depend on the pH value and the temperature of the mixture.

Wenn die Temperatur bei einem bestimmten pH-Wert erhöht wird, nimmt die Stabilitätszeit ab, und wenn bei einer bestimmten Temperatur der pH-Wert vergrößert wird, nimmt die Stabilitätszeit zu.When the temperature is increased at a certain pH, the stability time decreases, and when If the pH value is increased at a certain temperature, the stability time increases.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Gemische zum Aufbrechen von Erdformationen ist es oft erwünscht, daß die Gemische nach einer bestimmbaren Zeit in dünne Flüssigkeiten zerfallen oder sich in solche umwandeln. Hierdurch soll das das Stützmittel enthaltende Gemisch so lange in dem Aufbruch bleiben, bis es zerfällt und das Stützmittel sich abgelagert hat. Es darf sich erst dann verändern, um sicherzustellen, daß das Stützmittel aus der Aufbrechspalte nicht durch verbleibendes Gel entfernt wird, wenn das Bohrloch zu produzieren beginnt und die Aufbrechflüssigkeil zurückgewonnen wird.When using the mixtures according to the invention for breaking up earth formations, it is often desirable that the mixtures disintegrate into thin liquids after a determinable time or into such convert. As a result, the mixture containing the proppant should remain in the breakup as long as until it disintegrates and the proppant has deposited. It must only then change to ensure that the proppant is not removed from the fracture by residual gel when the well is drilled begins to produce and the demolition wedge is recovered.

Da die Temperatur einer aufzubrechenden Formation bereits bestimmt werden kann, bevor ein Aufbrechvorgang ausgeführt und die verwendete Aufbrechflüssigkeit nach dem Einführen in die Formation auf deren Temperatur gehalten wird, kann die Stabilitntszeit des Gemisches durch seinen pH-Wert bestimmt werden. Zum Beispiel ändert sich bei einem pH-Wert von 3,0 die Stabilität des obenerwähnten, besonders bevorzugten Gemisches in Abhängigkeit von der Temperatur folgendermaßen:Since the temperature of a formation to be fractured can already be determined before a Fracturing operation carried out and the fracturing fluid used after introduction into the formation is kept at its temperature, the stability time of the mixture can be influenced by its pH to be determined. For example, at a pH of 3.0, the stability of the above-mentioned, particularly preferred mixture depending on the temperature as follows:

Bei einer Temperatur von 27°C ist das Gemisch während einer maximalen Zeitdauer von über 24 Stunden stabil, bei einer Temperatur von 38°C ungcfunr (S Stunden und bei einer Temperatur von 60 C ungefähr ³^ Stunden stabil.At a temperature of 27 ° C. the mixture is stable for a maximum period of over 24 hours, at a temperature of 38 ° C. and for about ^three and a half hours and at a temperature of 60 ° C. it is stable for about three and a half hours.

Wie oben erwähnt ist, wird der pH-Wert des Gemisches vorzugsweise in der Größenordnung von ungefähr 1,5 bis 5,5 gehalten, so daß die Veinetzungsreaktior in einer verhältnismäßig kurzen Zeit stattfindet. Sobald diese vollendet ist, können zusätzliche Chemikalien zum Einstellen des pH-Wertes mit dem hochviskosen Gelkomplex nicht mehr gemischt werden. Da die Vernetzungsreaktion nach ihrer Beendigung nicht reversibel ist, kann der pH-Wert des GemischesAs mentioned above, the pH of the mixture is preferably on the order of about 1.5 to 5.5 so that the crosslinking reaction takes place in a relatively short time. Once this is done, additional chemicals can be added to the pH to adjust the pH highly viscous gel complex can no longer be mixed. Because the crosslinking reaction after its completion is not reversible, the pH of the mixture can

ohne Änderung seiner Viskosität eingestellt werden. Deshalb kann dem Gemisch während seiner Zubereitung ein Stabilisierungsmittel zugesetzt werden, wenn die aufzubrechende Formation eine solchecan be adjusted without changing its viscosity. Therefore, the mixture can be used during its preparation a stabilizing agent can be added if the formation to be fractured has one

22

Temperatur hat. daß es wünschenswert ist, die Stabilisieriingszeit des Gemisches zu vergrößern. Dieses zugesetzte Stabilisierungsmittel erhöht den pH-Wert des Gemisches nach Beendigung der Vernetzungsreaktion. Für diesen Zweck kann eine Base verwendet werden, die mit einem Material überzogen oder in dieses eingekapselt ist, das sich nach einer bestimmten Zeit auflöst oder in anderer Weise das Freimachungsverhältnis der Base verzögert. Beispiele geeigneter Basen sind Boraxanhydrid, Ammoniumkarbonat, Trinatriumphosphat, Natriumbikarbonat und Natriumkarbonat. Die Basen können mit einer Mischung von Äthylcellulose und einem Paraffin-Kohlenwasserstoff-Wachs überzogen werden, um ihre Freimachung zu verzögern. So kann nach Beendigung der Vernetzungsreaktion durch Zusetzen einer ausgewählten Menge der eingekapselten Base ein bestimmter pH-Wert erhalten werden, was für eine bestimmte Formationstemperatur die gewünschte Stabilitätszeit ergeben wird. »0 Temperature. that it is desirable to increase the stabilization time of the mixture. This added stabilizing agent increases the pH of the mixture after the crosslinking reaction has ended. For this purpose a base can be used which is coated or encapsulated in a material which dissolves after a certain time or which in some other way delays the release ratio of the base. Examples of suitable bases are boraxic anhydride, ammonium carbonate, trisodium phosphate, sodium bicarbonate and sodium carbonate. The bases can be coated with a mixture of ethyl cellulose and a paraffin hydrocarbon wax to delay their release. Thus, after the end of the crosslinking reaction, a certain pH value can be obtained by adding a selected amount of the encapsulated base, which will result in the desired stability time for a certain formation temperature. »0

Es können auch verschiedene innere Aufbrechmiltel mit den erfindungsgemäßen Gemischen verwendet werden. Wenn z. B. die zu behandelnde Formation eine solche Temperatur hat, daß die Stabilitätszeit des zu verwendenden Gemisches erhöht werden soll, as kann ein inneres Aufbrechmittel, wie z. B. ein Oxydierungsmittel oder ein Ferment einer geeigneten Type von hydrolisierenden Glukosid-Gliedern, dem Gemisch während seiner Zubereitung zugesetzt werden. Various internal breakers can also be used with the compositions of the invention. If z. B. the formation to be treated has such a temperature that the stability time of the mixture to be used is to be increased, as can an internal breaker, such as. An oxidizing agent or a ferment of a suitable type of hydrolyzing glucoside member, may be added to the mixture during its preparation.

Beispiele geeigneter Fermente sind Alpha- und Beta-Amylase, Amyloglucosidase, Oligoglucosidase, Tnvertase, Maltase, Cellulase und Hemicellulase. Beispiele geeigneter Oxydierungsmittel sind Ammonium-Persulfat. Kalium-Dichromat und Kalium-Permanganat. Examples of suitable ferments are alpha and beta amylase, amyloglucosidase, oligoglucosidase, invertase, maltase, cellulase and hemicellulase. Examples of suitable oxidizing agents are ammonium persulfate. Potassium dichromate and potassium per manganate.

In einem bevorzugten Verfahren zur Verwendung der erfindungsgemäßen Gemische zum Aufbrechen einer Formation wird das Gemisch mit einem pH-Wert von ungefähr 3 bereitet, wodurch die Vernetzungsreaktion in sehr geringer Zeit beendet wird. Wenn d.t> Gemisch zum Aufbrechen einer Formation mit einem Temperaturbereich von 27 bis 49~C verwendet werden soll, wird ihm während seiner Zubereitung ein inneres Ferment-Brechmittel, vorzugsweise Hemizellulase. zugesetzt, damit das Gemisch nach Ablauf der gewünschteil Zeit zerfällt. Bei Temperaturen oberhalb 49" C kann ein Stabilisierungsmittel, vorzugsweise eingekapseltes Natriumkarbonat, dem Gemisch während seinor Zubereitung zugesetzt werden, und zwarIn a preferred method of using the mixtures according to the invention to fracture a formation, the mixture is prepared at a pH of about 3, whereby the crosslinking reaction is terminated in a very short time. If dt> mixture is to be used to break a formation with a temperature range of 27 to 49 ~ C, it is given an internal ferment-emetic, preferably hemicellulase, during its preparation . added so that the mixture disintegrates after the desired part of the time. At temperatures above 49 "C, a stabilizing agent, preferably encapsulated sodium carbonate, can be added to the mixture during its preparation

S29S29

in einer Menge, die seinen pH-Wert nach Beendigung der Vernetzungsrcaktion auf einen Wert erhöht, der die gewünschte Stabilisierungszeit ergibt. in an amount which increases its pH after the end of the crosslinking reaction to a value which gives the desired stabilization time.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aufbrechen von Erdformationen kann eine getrennte Menge der Flüssigkeit von niedrigerer Viskosität, die durch die Reaktion der Aufbrecliflüssigkeit nut Metall gebildet wird, vor oder gleichzeitig mit der Aufbrechflüssigkeit in den Rohrstrang gepumpt werden, um die Reibungsverluste hierin weiter zu verringern. Zum Beispiel kann eine getrennte Menge von Wasser in die Verrohrung eines Bohrloches gepumpt werden, bevor das hochviskose Gel-Gemisch in diese eingeführt wird, um die Wände der Verrohrung zu benetzen und eine Sandbrücke in der Spitze des Aufbruchs zu verhindern. Diese getrennte Wassermenge kann auch gleichzeitig mit dem hochviskosen Gel-Gemisch in die Verrohrung gepumpt werden. In jedem Falle dient die getrennte Wassermenge zur Vergrößerung des Films von freiem Wasser, der zwischen dem hochviskosen Gel-Gemisch und den Rohrvandungen gebildet wird und dadurch weiter die Reibungsverluste verringert. When carrying out the inventive method for breaking up earth formations, a separate amount of the liquid of lower viscosity, which is formed by the reaction of the breaking liquid with metal, can be pumped into the pipe string before or at the same time as the breaking liquid in order to further reduce the friction losses therein . For example, a separate amount of water can be pumped into the casing of a well before the highly viscous gel mixture is introduced therein to wet the casing walls and prevent a sand bridge at the top of the fracture. This separate amount of water can also be pumped into the piping at the same time as the highly viscous gel mixture. In any case, the separate amount of water serves to increase the film of free water that is formed between the highly viscous gel mixture and the pipe walls and thereby further reduces the friction losses.

Verschiedene Laboratoriumsversuche wurden durchgeführt, um festzustellen, welche verschiedenen Stoffe mit dem hochviskosen Gel entsprechend der Erfindung zusammenwirken, um einen Film von freiem Wasser zu bilden.Various laboratory tests were carried out to determine what different substances cooperate with the highly viscous gel according to the invention to form a film of free water to build.

Verfahrenproceedings

Eine Menge von vernetzten! Gel-Gemisch entsprechend der Erfindung von folgender Zusammensetzung wurde bereitet:A lot of networked! Gel mixture according to the invention of the following composition was prepared:

Bestandteilcomponent Wasserwater GewichtsprozentWeight percent Guar-Gummi Guar gum 98.7698.76
0.940.94
0.230.23
0.070.07 70 bis 30 Gewichtsprozent Fumar-70 to 30 percent by weight fumaric
säure-Natriumkarbonat acid sodium carbonate
Geschmolzenes Kalium-Pyroanti-Molten Potassium Pyroanti-
monat month

Mengen des vernetzten Gels wurden in Tlohre aus verschiedenem Materia! gefüllt, und die Zeit zur Bil dung eines Wasserfilmes zwischen dem Gel und den Rohrwandungen wurde notiert. Zusätzlich wurde auch der pH-Wert des gebildeten Feinwassers ermittelt. Quantities of the cross-linked gel were made in Tlohre from different materia! filled, and the time for the formation of a water film between the gel and the pipe walls was noted. In addition, the pH of the fine water formed was also determined.

Tabelle I
"Λ'irkuns verschiedener Oberflächen in Berührung mit hochviskosem Gei-Gemisch: Anfangs-pH-Wert des Gels ?.59Table I.
"On different surfaces in contact with a highly viscous mixture of Gei: initial pH value of the gel? .59

OberflächenmaterialSurface material

Berührungszeit StundenContact time hours

EreebnisseEvents

Endgültiger
pH-Wert de«, gebildeten WasserfilmsMore final
pH value de «, formed water film

Glattes GlasSmooth glass

Rauhes GlasRough glass

Gummirubber

0.50.5

1.51.5

18.018.0

0,50.5

1.51.5

18,018.0

0,50.5

1,5
18.01.5
18.0

Kein Wasserfilm
Kein Wasserfilm Kein Wasserfilm No water film
No water film No water film

Kein WasserfilmNo water film

Kein Wasserfilm
Kein Wasserfilm
Kein WasserfilmNo water film
No water film
No water film

2 058 6^92 058 6 ^ 9

Tabelle I (Fortsetzung)Table I (continued)

1010

OherflächenmaterialSurface material

3erühruneszeit3 touch tune time
Stundenhours F-.rgeVmisseF-.rgeVmisse EndgültigerMore final
pH-Wert des cebi'lpH of the cebi'l
deten Wasserfilm¹·deten water film ¹ 0.5
1,5
18.00.5
1.5
18.0 Kein Wasserfiim
Kein Wasserfilm
Teilweise Wasserfilm gebildetNo water film
No water film
Partly formed a water film 3.733.73 0.5
1.5
18.00.5
1.5
18.0 Wasserfilm gebildet
Wasserfilm gebildet
Wasserfilm gebildetWater film formed
Water film formed
Water film formed 3.83.8 0,5
1.5
18,00.5
1.5
18.0 Wasserfilm gebildet
Wasserfilm gebildet
Wasserfil.T) gebildetWater film formed
Water film formed
Water filter T) formed 3.83.8 0,5
1,5
18.00.5
1.5
18.0 Teilweise Wasserfilm
Teilweise Wasserfilm
Teilweise WasserfilmPartial film of water
Partial film of water
Partial film of water 4.54.5 0,5
1,5
18.00.5
1.5
18.0 Teilweise Wasserfilm
Wasserfilm gebildet
Teilweise WasserfilmPartial film of water
Water film formed
Partial film of water 5.05.0 0,5
1.5
18.00.5
1.5
18.0 Kein Wasserfilm
Teilweise Wasserfilm
Wasserfilm gebildetNo water film
Partial film of water
Water film formed 10.510.5 0.5
1.5
18.00.5
1.5
18.0 Wasserfilm gebildet
Wasserfilm gebildet
Wasserfilm gebildetWater film formed
Water film formed
Water film formed 4.24.2 0.5
1.5
18.00.5
1.5
18.0 Kein Wasserfilm
Kein Wasserfilm
Teilweise WasserfilmNo water film
No water film
Partial film of water 1.61.6

Aluminium
!Messing ..
kupfer ...aluminum
!Brass ..
copper ...

Itah! Itah!

iandbestrahlter Stahl
!Magnesium hand-blasted steel
!Magnesium

KupferlegierungCopper alloy

hostfreier Stahlhostless steel

Aus Tabelle 1 ergibt sich, daß zwischen dem hoch-♦iskosen Gel und Messing-. Kupfer- und Stahlflächen In verhältnismäßig kurzer Zeit ein Wasserfilm gebildet frurde.Table 1 shows that between the high ♦ iscos Gel and brass. Copper and steel surfaces A film of water is formed in a relatively short time frustration.

Weitere Laboratoriumsversuche wurden durch-Further laboratory tests were carried out

Eführt, um die Wirkung des gebildeten Wasserfilms nsichtlich einer Verringerung der Reibungsverluste tu bestimmen.Introduces the effect of the formed water film with a view to reducing the frictional losses.

Verfahrenproceedings

Eine Nfenge des vernetzten Gel-Gemisches folgender Zusammensetzung wurde bereitet:A portion of the crosslinked gel mixture follows Composition was prepared:

Table II

Vergleich des Strömlingswiderstandes von hochviskosem vernc'ztem Gel bei vertikaler Strömung ir Stahl- und GlasrohrenComparison of the herringbone resistance of highly viscous cross-linked gel with vertical flow ir Steel and glass pipes

Bestandteilcomponent

Gewichtsprozent 5^Weight percent 5 ^

Wasser \ 9S.'~ Water \ 9S. '~

Guar-Gummi j 0.95Guar gum j 0.95

1"O bis 30 Gewichtsprozent Fumar- ,1 "O to 30 percent by weight fumaric,

säure-Natriumkarbonat ; 0.24acid sodium carbonate; 0.24

Geschmolzenes Kalium-Pyroanti- !Melted Potassium Pyroanti-!

rr.onat \ 0.04rr.onat \ 0.04

Mengen dieses Gels wurden in Rohre aus Stahl und Glas --on 2.54cm Durchmesser und 122cm Länge mit Gummistopfen an den Enden eingefüllt. Die Rohre Vurden vertikal in einen Haltering gestellt, die Rohr-Vandungen wurden mil V aiser benetzt, und nach den tinten angegebenen Zeiten wurden die Gummistopfen tntfernt. Die Zeiten für das Ausfließen des Gels Vurden bestimmt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle II zusammengestellt.Quantities of this gel were placed in steel and glass tubes - 2.54cm in diameter and 122cm in length filled with rubber stoppers at the ends. The tubes were placed vertically in a retaining ring, the tube walls were wetted with V aiser, and after the times indicated in the inks, the rubber stoppers were removed. The times for the gel to flow out Vurden determined. The results of these tests are shown in Table II.

Rohrmaterial Pipe material

Zeit zwischen dem Einbringen des Gels in das R «ihr bis zum Entfernen der Gummi-StopfenTime between placing the gel in the R «her until you remove it the rubber stopper

Zeit zum vollständigerTime to complete Ausfließen des Gels nacrOutflow of the gel after Entfernen derRemove the G ummist opfcnSacrifice garbage

Stahl ... :Steel ... : 30 Minuten30 minutes 3.0 Sekund-ι3.0 seconds ι Stahl ...': Steel ... ': 15 Minuten15 minutes 3.4 Sekunucn3.4 sec Stahl¹)..Steel ¹ ) .. 15 Minuten15 minutes . 41 Sekunden. 41 seconds Glas²) .. ;Glass ² ) ..; 15 Minuten15 minutes IS MinutenIS minutes

'') Rohr vor dem Einbringen vies Geis vollständig cctrocVr
'■') Das Ge! in Jen ersten 5 Minuten \ollst.'indic r-cwce-incsi. '') Pipe before introduction vies Geis completely cctrocVr
'■') The Ge! in the first 5 minutes \ ollst.'indic r-cwce-incsi.

Aus dem Wirstehenden ist ersichtlich, daß die Bildung eines Wussernims zwischen dem erfindungsgemäßen Gel und den Wandungen eines Stahlrohre:From what we stand it is evident that the Formation of a knowledge between the invention Gel and the walls of a steel pipe:

die Reibung oder den Strömungswiderstand des Gelmerkbar verringert, verglichen mit dem Gel. bei den· kein Wasserfilm gebildet wurde. Außerdem ist ersichtlich, daß der Strömungswiderstand weiter verringert wurde, wenn die Wandungen des Stahlrohre:the friction or drag of the gel is noticeably reduced compared to the gel. both· no water film was formed. It can also be seen that the flow resistance is further reduced when the walls of the steel pipes:

wr dem Einbringen des Geis benet/t wurden.before the geis were brought in.

Durch die Erfindung sind Verfahren und Flüssig kc-iten zum Aufbrechen von Frdfonn.ilionen ireschaffer worden, bei denen ein Gemisch von extrem hoheiThe invention provides methods and liquids for breaking down Frdfonn.ilionen ireschaffer where a mixture of extremely high i

11 1211 12

Viskosität mit oder ohne Zusatz von hierin suspen- die durch die Reaktion einer Aufbrechflüssigkeit eViscosity with or without the addition of therein suspend by the reaction of a breaking liquid e

dierten Stützmitteln durch einen konventionellen Rohr- sprechend der vorliegenden Erfindung mit St£Dated proppants by a conventional pipe spreader of the present invention with St £

strang in die Formation gepumpt werden kann, ohne rohren gebildet wird, in den Rohrstrang vor οstring can be pumped into the formation without pipes being formed into the pipe string before ο

daß hohe F jibungsverluste auftreten. Außerdem kann gleichzeitig mit dem Gemisch gepumpt werden, umthat high losses of flexibility occur. In addition, the mixture can be pumped to at the same time

eine Menge der Flüssigkeit von geringerer Viskosität, 5 Reibungsverluste weiter zu verringern.an amount of the liquid of lower viscosity, 5 to further reduce friction losses.

Claims

2,679 claims:

1. A method for breaking up earth formations by means of a borehole and a metal pipeline laid therein, in which a highly viscous liquid is introduced into the earth formauon in the middle of the pipe string through a lubricating film of low viscosity along the pipe wall, characterized in that as br ' -hviskose fracturing a mil d; r metallic pipe reacting and forming by this reaction to handle low lubricating film Verne ^f ZTE gel is used from a galactomannan gum, and water.

2. breaking liquid for use in a method according to claim 1, characterized., that the crosslinked gel is 0.3 to 3.0 weight percent galactomannan gum and 0.001 to 0.5 weight percent molten potassium pyroantimonate contains.

3. breaking liquid according to claim 2, characterized in that the galactomannan gum Guar gum is used.

4. breaking liquid for use in • iinem method according to claim 1, characterized in that that the breaking liquid has a pH of 1.5 to 5.5.

i. Breaking liquid according to Claim 4, characterized in that a mixture of 70 percent by weight of fumaric acid and 30 percent by weight of sodium carbonate is added to the breaking liquid to adjust the pH.

6. The method according to claim 1, characterized in that the breaking liquid is a Proppant added and introduced with the fracturing fluid into the formation to be fractured and is deposited in this.

7. The method according to claim 6, characterized in that the breaking liquid according to the Deposition of the proppant in the formation is converted into a thin liquid and out of the Formation is removed.

8. The method according to claim 1, characterized in that the breaking liquid to reduce their high viscosity after a certain time, alpha-amylase, beta-amylase, amyloglocusidafc, Oligoglucosidase, Invcrrtaie, Maltase, Zcllulase or Hemicellulase can be added.

9. The method according to claim 1, characterized in that that the breaking liquid, to stabilize its high viscosity for a certain Time a ba ^ 'j is added.

10. The method according to claim 9, characterized in that the base to delay the Aiislöscns is coated with a capsule material.

11. The method according to claim 10, characterized in that that the base borax anhydride, ammonium carbonate, trisodium phosphate, sodium bicarbonate or sodium carbonate is used.

12. The method according to claim 10, characterized in that the base with a mixture of ethyl cellulose and paraffin-hydrocarbon wax is coated and encapsulated.

13. Aiifbrechiquidkcit according to claim 4, characterized characterized in that an acid is added to the breaking liquid to adjust the pH which is selected from the group of hydrochloric acid, fumaric acid and kiithalic acid.

14. breaking fluid according to claim 13, characterized characterized in that the breaking liquid for adjusting the pH is an acid buffer is added, which is from the group of potassium biphthalate, sodium hydrofumarate, sodium bihydrogen citrate is selected

15. Process for the preparation of a breaking liquid according to claim 2, characterized in that 0.3 to 3.0 percent by weight of galactomannan gum mixed with water and then this rubber-water mixture the pH adjusting agent is added in such an amount that the pH of the Mixture is 1.5-5.5, followed by the galactoniannan gum hydrogenated to form a gel and 0.001-0.5 weight percent of the melted Potassium pyroantimonate can be added to the hydrated gel.

16. A method of fracturing earth formations by means of a borehole and one therein laid pipeline with a highly viscous liquid in the middle of the pipe string through a less viscous liquid along the pipe wall into the earth formation is introduced, characterized in that the highly viscous liquid is a crosslinked gel made from a galactomannan gumn'.i and water is used.

17. The method according to claim 16, characterized in that the lower viscosity liquid Water is used.