DE2120012A1

DE2120012A1 - Hydrothermale Behandlung von unter der Erdoberfläche liegenden Formationen

Info

Publication number: DE2120012A1
Application number: DE19712120012
Authority: DE
Inventors: LyIe Los Angeles Calif. Cdldwell (V.StA.). E21c 11-00
Original assignee: Permeator Corp., Dallas, Tex. (V.StA.)
Priority date: 1970-04-27
Filing date: 1971-04-23
Publication date: 1971-11-11
Also published as: IL36558A0; IT993523B; OA03712A; AU2767971A; BE765804A; BR7102452D0; NL7105737A; FR2086372B1; ZA712089B; FR2086372A1; LU63037A1

Description

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20. April 1971

Permeator Corporation Dallas, Texas 74201,USA

"Hydrothermale Behandlung von unter der Erdoberfläche liegenden

Formationen"

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung durchlässiger, unter der Erdoberfläche liegender Formationen, umdarin enthaltene, nicht gebundene siliziumhaltige Materialien zu binden.

Zwei der Hauptprobleme, denen sich die Ölindustrie vor einer Reihe von Jahren gegenüber gestellt sah, sind die Förderung von Sand von unterirdischen Erdformationen, zusammen mit den ge-

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wünschten Flüssigkeiten, wie öl, Gas,Wasser, und die Verstopfung derartiger Formationen mit siliziumhaltigen Materialien, wodurch die Förderkapazität der durchlässigen Formation oder die Verseuchung der gewünschten Flüssigkeiten reduziert wird.

Die Förderung von Sand zusammen mit den gewünschten Flüssigkeiten aus unterirdischen Formationen verursacht zahlreiche Betriebsprobleme. Beispielsweise zerfrißt der Sand die metallische Fördereinrichtung, füllt die Fördertanks und die überirdischen Abflußleitungen, zerstört die Pumpen und füllt die unterirdischen Förderstrecken, wodurch die Förderung unterbrochen oder reduziert werden muß und häufige Wegbewegung des Sandes notwendig wird.

Die Sandförderung zusammen mit der Förderung der gewünschten Flüssigkeiten sowie die Verstopfung der Formation durch siliziumhaltige Teilchen kommt üblicherweise von dem Mangel an natürlichem Bindematerial in der Formation her, das normalerweise die einzelnen Sandkörner zusammenhalt. Dieser Mangel an natürlichem Bindemittel kann von dem Lösungsvorgang des Wassers (dieses Problem ist gewöhnlich sehr schwerwiegend in Bohrlöchern, die beträchtliche Mengen an Wasser frei machen) und/oder mechanischen Niederbrücheiiherrühren, die durch den Aufprall von fließenden Formationsflüssigkeiten oder durch Druckunterschiede

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in der Nähe des Bohrloches entstehen. Diese Sandprobleme werden häufig bei Bohrlochbehandluiqgn, wie der hydraulischen Rißbildung, noch verstärkt, wo Sand in Risse unter Verwendung einer wässrigen Flüssigkeit als Träger gespritzt wird. Andere Bohrlochbehandlungen, bei denen eine wässrige Säurelösung in die Formation gespritzt wird, wie beispielsweise die Erschließung mit Säure zum Abbau von Emulsionsblöcken, Lösung ausgewählter Formationsmaterialien oder Verstopfungsmaterialien, vermindern den Bohrschlammschaden. Diese Erschwernis tritt ferner auf, wo eine wässrige nicht saure Lösung zum Abbau von Emulsionsblöcken oder als eine Vorspülung oder ein Stoßkeil vor dem Einbringen von Bindemitteln, Kunststoffen oder Absteifungssand eingespritzt wird und wo in nachfolgenden Abbauarbeiten Wasser oder Dampf als Einspritzflüssigkeit verwendet wird.

Es wird allgemein angenommen, daß die vorerwähnten natürlichen Bindematerialien siliziumhaltige oder lehmhaltige Materialien sind, die im Vergleich zu anderen Arten von unterirdischen Erdformationen relativ unstabil sind, insbesondere in Gegenwart von Wasser. Typische Mineralien, die derartige Lehme oder Letten enthalten, sind Kaollnit, Halloysit, Montmorillonit, Illit usw. Derartige Lehme enthalten üblicherweise andere· Mineralien, wie Quarz, Calcit, Limonit, Gips und Kaliglimmer. Auf jeden Fall sind derartige Materialien normalerweise Tonerde, Kiesel-

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erde, Verbindungen derselben, oder Mischungen dieser Materialien mit Kieselsäureverbindungen.

Verfahren zur Ausschaltung des Sandes wurden zuerst bei Wasserbohrungen und später bei öl- und Gasbohrungen mit unterschiedlichem Erfolg angewandt. Die meisten dieser Verfahren trachten da-nach, eine künstliche Barriere rund um das Bohrloch zu setzen, die durchlässig für Flüssigkeiten,aber undurchlässig für feste Teile ist. Auf diese Weise wird der Sand, der zum Bohrloch wandert, zurückgehalten, ohne daß er die Förderung der Flüssigkeiten störend beeinflußt. Die Sandkontrollverfahren können in zwei Hauptkatogerien eingeteilt werden.

Das älteste dieser Verfahren besteht darin, das Bohrloch mit Flußkies oder Grobsand zu umgeben, um die feineren Sandformationen zurückzuhalten. Geschlitzte oder perforierte Abschirmungen wurden für diesen Zweck ebenfalls angewandt. Eine neuere Methode besteht darin, daß man das Bohrloch mit ungebundenen, kunststoff-• · . ·'■· :; · ·■ . *' ··.'···.·...■····'····. .· · · · ' .··· ···. beschichteten Sandkörnern oder Nußschalen umgibt,, die nach dem Abbinden des Kunststoffes ein verfestigtes Netzwerk bilden, das als Barriere für den losen Sand in der Formation wirkt. Mißerfolge dieser Verfahren rühren daher, daß extrem feine Sandformationer^durch die Barriere dringen können und mit der Zeit Durchgänge durch sie hindurchfressen, so daß ungehinderte Sandförderung die Folge ist und anders Abhilfmaßnahmen erforderlich werden.

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Im Gegensatz zu diesem sogenannten Brückenbildungsverfahren wurden bei einem anderen Verfahren flüssige Kunststoffe, die den Sand verbinden und zusammenhalten, in ungebundenen Sand gepumpt, wo sie eine gebundene Kunststoffmatrix bilden. Dort polymerisiert der Kunststoff und härtet aus, wobei er die einzelnen Sandkörner untereinander zu einer formbeständigen Masse verbindet, jedoch eine ausreichende Durchlässigkeit für die Förderung oder Einspritzung von Flüssigkeiten erhält. Die Verwendung von derartigen, den Sand zusammenhaltenden Kunststoffen erfordert keine dauernden Einrichtungen in dem Bohrloch. Der Sand wird an seinem Platz in der Formation zurückgehalten und der Erfolg des Verfahrens hängt nicht notwendigerweise von der Wirksamkeit einer Abschirmbarriere ab. Derartige, den Sand zusammenhaltende Kunststoffe sind gewöhnlich chemisch neutral und werden durch öl, Gas oder V/asser nicht angegriffen. Dieses Verfahren hat. jedoch auch seinen Nachteil, da der verwendete Kunststoff gewöhnlich teuer ist und somit nur begrenzte Mengen des Kunststoffes üblicherweise verwendet werden, so daß nur ein sehr kleines Teilstück der Formation um das Bohrloch herum behandelt werden kann. Schwierige Probleme können auftreten infolge frühzeitigen Abbindens des Kunststoffes; die Anwendung des·Verfahrens ist kompliziert; die meisten Kunststoffe sind für eine Verwendung oberhalb 100° C nicht geeignet und wo der Lehmgehalt der Formation 15% überschreitet, ist der Erfolg der

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Behandlung im allgemeinen kurzlebig. Ferner zeigt die Industrieerfahrung, daß die Durchlässigkeit der Formation im allgemeinen nur zwischen 10 und 50%'beträgt, obwohl in den Prospekten immer wieder versichert wird, daß durch die Kunstoffbehandlung eine Beibehaltung der Durchlässigkeit der Formation von 85% erzielt wird.

Die Sandkontrollverfahren, bei denen eine durchlässige Abschirmung oder eine Barriere an der freigelegten Fläche der unterirdischen Formation.oder eine flache durchlässige gebundene Schicht in der Formation in unmittelbarer Nähe des Bohrloches gebildet wird, dürfen nicht verwechselt werden mit zeitlich begrenzten oder dauernden Verstopfungstechniken, die während des Bohrens, des Ausbaues oder der Überarbeitung eines Bohrloches, das die unterirdische Formation durchdringt, angewandt werden. Im letzteren Fall ist eine dauerhafte oder zeitlich begrenzte Versiegelung der freigelegten Fläche der Formation oder eine dauerhafte oder zeitlich begrenzte Verstopfung innerhalb der Formation in unmituelbarer iJähe des Bohrloches zu erzeugen.

Beispielsweise wird bei. Bohrungen Bohrschlamm verwendet, der verschiedene lehmhaltige Materialien enthält, um das Bohrloch unter Kontrolle zu behalten (d. h. einen Ausbruch von Flüssigkeiten aus der unterirdischen Formation zu verhindern, die Flüssigkeiten unter Druck enthält) und um eine Schlammschicht

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oder einen Schlammkuchen an der Oberfläche der durchlässigen Formation zu bilden und dadurch den Verlust von Bohrflüssigkeit in poröse Formationen zu verhindern. In ähnlicher Weise werden dem Bohrschlamm auch Materialien zugefügt, um das Nachrutschen oder Nachfallen von undurchlässigen Formationen, wie beispielsweise Schieferformationen zu verhindern. Wo der Schlammkuchen oder die Schlammschicht auf der Oberfläche einer durchlässigen Formation als ein Kontrollmittel verwendet wird, handelt es sich gewöhnlich um eine zeitlich begrenzte Verstopfungsaktion, bis die Förderung aus oder die Einspritzung in die durchlässige Formation gewünscht wird, oder daß dar SchUaimkuchen vor der endgültigen Abbindung wieder entfernt wird. Ähnliche, in ihrem Einsatz zeitlich begrenzte Verstopfungssittel werden ferner bei Bohrlochkontrollen verwendet, wenn die Bohrlöcher zur Änderung der Förderintervalle überarbeitet werden, der Schutt ausgeräumt wird, die Bohreinrichtung ausgewechselt wird,usw.

. D.e-rartige -'dauerhafte Verstopfungen-, und 'zwa'r·" sowohl 'an? <iei> -CbSr-" fläche einer Formation um das Bohrloch herum oder innerhalb • eines Abschnittes .der Formation £n -.der unmittelbaren" Nähe, des· ■■··.

Bohrloches.werden üblicherweise dazu· benutzt, die. Förderung von. .···/_ . .·· ·. ·' '·■·.··. *' ·■ · ■.'·/· ■ ·'. ' ■··'■'. ^%·'-· ·" ; -. ." ■■·■■*.■ τ -■·■·'·... ^:

Flüssigkeiten wie Wasser aus Formationen zu verhindern, ei2 in

um, der Kachbarschaft ölführender Formationen liegen, oder die Wanderung von Injektionsüissigkeiten von derjenigen Formation, in die sie injiziert worden sind, in benachbarte Formationen

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zu verhindern. Solche Verstopfungsmittel können bindemittelartige Materialien, unlösliche Kunststoffe und ähnliches enthalten.

Der vorliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Technik zur Bindung silizxumhaltiger ungebundener Materialien in oder benachbart einer durchlässigen unterirdischen Erdformation zu entwickeln.

Eine weitere Aufgabe bestand darin, eine Technik zur Bildung einer durchlässigen Masse aus siliziumhaltigem Material in oder benachbart· . - einer durchlässigen unterirdischen Erdformation zu entwickeln.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,Ίη ein die Formation durchdringendes Bohrloch und in die Formation selbst eine wässrige Lösung eines Erdalkalimetallhydroxydes in einer Menge und mit einem Druck eingespritzt wird, die ausreichen, um in die Formation eine Lösungsmenge im Überschuß zu pressen, die aufgrund des Druckes der in das Bohrloch eingebrachten Lösungssäule in die Formation eindringt, und daß die Lösung für eine Zeitdauer und bei einer Temperatur in der Formation im Ruhezustand belassen wird, die ausreichen, um aus dem nicht gebundenen siliziumhaltigen Material eine durchlässige, gebundene Masse zu bilden.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Menge

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und der Druck der eingeführten Lösung ausreichen, eine Rißbildung in der Formation zu erzeugen. In einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Lösung ein festes, teilchenförmiges Absteifungsmittel von einer Größe und Stärke enthält, die ausreichen, den Riß offen zu halten.

Eine weitere Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die durchlässige Formation gebrochen wird und die Lösung durch Einspritzen einer wässrigen Lösung eines festen, teilchenförmigen Absteifungsmittels gebildet wird, das in der Lage ist, ein Erdalkalimetallhydroxyd an Ort und Stelle in dem Riß zu bilden. Dabei kann das Erdalkalimetallhydroxyd durch Reaktion zwischen dem festen, teilchenförmigen Absteifungsmittel und einer zweiten Verbindung gebildet werden, die in der eingespritzten Lösung enthalten ist. Die wässrige Lösung des Erdalkalimetallhydroxyds kann andere Verbindungen enthalten, die die Löslichkeit des Erdalkalimetallhydroxyds in der wässrigen Lösung verbessern, ohne die Abbindereaktion zu behindern. Wo die wässrige Erdalkalilösung in einen Riß oder in Hohlräume in der durchlässigen Formation eingebracht oder eingespritzt wird, kann die Lösung nach einem weiteren Vorschlag, der Erfindung zusätzlich siliziumhaitiges Material enthalten, das ausreicht, einen gebundenen, durchlässigen Körper zu bilden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Unteransprücheii

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Wo in dieser Beschreibung der Ausdruck "durchlässige, unter der Erdoberfläche liegende Formation" gebraucht wird, soll er durchlässige Sandstein-, Kalkstein- und Dolomitformationen einschließen. Die Ausdrücke "durchlässig" oder "Durchlässigkeit" sind im Zusammenhang mit untereinander verbundenen Poren oder Rissen in derartigen Sandstein-, Kalkstein- oder Dolomitformationen zu verstehen, die dadurch in der Lage sind, Flüssigkeiten oder Gase durch die Formationen hindurchzulassen im Gegensatz zu Formationen mit nicht untereinander verbundenen Poren oder porenlosen Formationen, wie beispielsweise Schieferformationen.

Der Ausdruck "ungebunden" soll das Verhalten einer unterirdischen Erdformation oder "eines Körpers aus teilchenförmigem Material charakterisieren, in welchen Teilchen aus sillziumhaltigem Material, insbesondere Sandkörner, in dem Maße locker oder unfähig sind, ihre tatsächliche Lage in iiezug auf andere Teilchen unter den auftretenden Bedingungen des Flüssigkeitsflusses usw., denen.die Formation ausgesetzt ist, beizubehalten.. Der Ausdruck "gebunden" soll denjenigen Zustand bezeichnen, in welchem die Teilchen aus sili zinnhaltig ein Haterial in einer durchlässigen Masse zusammengebacken sind, in der die

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einzelnen Teilchen unter den oben angegebenen Bedingungen ihren Platz im wesentlichen beibehalten.

Bei denjenigen Fällen, bei denen das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt angewendet wird, handelt es sich um Formationen, die Flüssigkeiten wie Wasi. r, Öl, Gas oder Mischungen davon enthalten, die durch das die Formation durchdringende Bohrloch gefördert werden, oder darum, daß Flüssigkeiten wie Wasser, Dampf, Gas usw. in die Formation eingedrückt.werden, um die zu fördernden Flüssigkeiten aus der Formation gegen ein zweites Bohrloch oder weitere Bohrlöcher an anderen Stellen zu drängen, oder um die Flüssigkeit in der Formation zu erhitzen und ihren Fluß zu erleichtern. Bei der Ausführung der Behandlung gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die Erdalkalihydroxydlösung mit einem Druck und in einer Menge eingespritzt oder eingedrückt, die ausreicht, um einen wesentlichen Teil der Lösung in der Formation abzulagern und wenigstens einen Teil der Flüssigkeit in der durchlässigen Formation zu verdrängen und diesen Teil durch die 3ehandlungsicsung'in einen ausreichenden Umkreis um das Bohrloch herum zu ersetzen.

Eine derartige Einspritzung kann durch konventionelle Pump- oder Einspritzverfahren durchgeführt werden, bei denen an Bohrkopf der erforderliche Druck ausgeübt wird. Nachdem die gewünschte Lösungsmeng^ in die Formation eingespY^zt'worden ist, Wirfl auf die Flüssigkeit weiterhin ein Druck für eine Zeit-

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dauer aufrechterhalten, die ausreicht, damit die Abbindereaktion vonstatten gehen kann. Während dieser Zeitdauer bleiben die Sandteilchen in ihrer Ruhelage, bis die Abbindung vollständig durchgeführt ist; in Abhängigkeit von den Temperaturen, die in der Formation herrschen, kann dieser Zeitraum von ungefähr einem Tag bis zu mehreren Tagen, evtl. sogar zwei oder mehrere Wochen lang betragen.

Die Menge der Behandlungslösung wird selbstverständlich von der vertikalen Dicke der Formation, ihrer Porösität und in machen Fällen dem restlichen Ölgehalt der Formation abhängen. Ferner wird sie in einem gewissen Maß durch die Konzentration der aktiven Bestandteile in der Lösung bestimmt. Ein besseres Kriterium ist deshalb die radiale Eindringtiefe der Behandlungslösung in die Formation. Auf jeden Fall soll die Menge der Behandlungslösung und der Druck ausreichen, um die Behandlungslösung in die Formation über einen derartigen radialen Abstand einzuspritzen, dessen Größe im wesentlichen demjenigen radialen Abstand entspricht, den Bohrlochbehandiungsflüssigkeiten während des zufälligen Durchsickerns durchdringen würden. Es ist beispielsweise bekannt, daß der Durchdringungsradius von Bohrflüssigkeitsxiltraten in Formationen mit durchschnittlicher Durchlässigkeit ungefähr 60 cm beträgt, während in durchlässigeren Zonen die Durchdringung bei max. 2 bis 2,5 m liegt. (Siehe B.J. Service "Bulletin Nr. BJ 1-67-1AA" S. C-1 und C 2; Petroleum Engineering von Carl Gatlin, Prentice-Hall, Inc.,

1960, S. 245-46). - 13 -

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Die selben Überlegungen bezüglich der Eindringtiefe der Behandlungslösung gelten, wenn Formationen wie nachrutschender Schief exfversiegelt werden sollen. In diesem Falle sollten Menge der Behandlungslösung und Druck so gewählt werden, daß die Behandlungslösung über eine radiale Entfernung voriwenigstens 3 m in die Formation eingespritzt wird. Die radiale Eindringtiefe soll vorzugsweise ungefähr 6 m betragen. Dieser Wert entspricht einer Behandlungslösung von etwa 12 cbm pro Meter vertikaler Dicke der Formationen durchschnittlicher Porosität und Restöls, so wie oben erwähnt. Es soll hier noch erwähnt werden, daß die radiale Eindringtiefe der Lösung nach der vorliegenden Erfindung auch die Eindringtiefe von konventionellen Sandverfestigungskunststoffen weit übersteigt. Infolgedessen kann ein wesentlich größeres Volumen der Formation mit verbesserten Ergebnissen behandelt werden.

Bei einer anderen Verfahrensweise gemäß der Erfindung werden in der zu behandelnden durchlässigen Formation Risse oder Brüche erzeugt, die gemäß der Erfindung behandelt werden.Diese Rißbildung ist eine bekannte Ölfeldtechnik,um die Durchlässigkeit von durchlässigen, unter der Erdoberfläche verlaufenden Formationen zu steigern und dadurch den Fluß der zu fördernden Flüssigkeiten zu verbessern.Bei diese* Technik wird in die durchlässige Formation eine derartige Menge einer Flüssigkeit mit einem derartigen Druck eingespritzt, daß nicht nur die in der

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Formation enthaltenen Flüssigkeiten verdrängt und durch die eingespritzte Flüssigkeit ersetzt werden, sondern daß in der durchlässigen Formation auch Risse oder Brüche erzeugt werden. In den meisten Fällen wird dann eine Zone erhöhter Durch-. lässigkeit erhalten, nachdem in den Riß ein durch eine Flüssigkeit getragenes festes Abstützungsmittel, beispielsweise Sand, eingespritzt wird.

Es ist leicht einzusehen, daß derartig abgestützte durchlässige Risse durch aus der Formation ausbrechende Teilchen oder möglicherweise durc£. gebrochene Abstützungsmittel oder andere Materialien leicht verstopft werden können; ferner können ungebrochene Abstützungsmittel während des Bohrbetriebes zusammen mit den Flüssigkeiten gefördert werden. Infolgedessen ist es im hohen Grade wünschenswert, daß die gegenwärtige Technik in Verbindung mit oder als Teil einer derartigen Rißbildungsbehandlung ausgeführt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in verschiedenen Stadien der Rißbildungsbehandlung eingesetzt werden. Die erfindungsgenäße Behandlungslösun- kann vor dem eigentlichen Rißbildungsvorgang in die durchlässige Formation eingespritzt werden, beispielsweise als ein "Stoßkeil", oder als die eigentliche Brechflüssigkeit. Dadurch wird das in dem Riß vorhandene siliziumhaltige Material gebunden, und die nachfolgende Förderung dieses Materials durch den Riß oder die Verstopfung des Risses durch dieses Material wird verhindert.

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In einer erstrebenswerteren Variation dieser Technik wird die erfindungsgemäße Behandlungslösung nach der Brechflüssigkeit_; oder nach-dem die Abstützung des Risses stattgefunden hat,in den Riß eingespritzt. In beiden Fällen kann es wünschenswert sein, der Behandlungslösung kleine Teilchen siliziumhaltigen Materials beizufügen, die die Bindung des als Abstützungsmittel dienenden Sandes erleichtern und aus dem Sand eine gebundene durchlässige Hasse au bilden, beispielsweise Puzzolanzement, Zementschlacke, Silikamehl oder dergleichen. Dieses Verfahren ist der gängigen Praxis, das Abstützmittel einfach durch das Gewicht des Obergesteins an seinem Platz zu halten, natürlich weitgehend überlegen, insbesondere, da der Großteil des Sandes in Wirklichkeit aufgrund des Druckes des Obergesteines zerbrochen und zerstückelt ist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die erfindungsgemäße Behandlungslösung als Trägerfüssigkeit für den Abstützsand und evtl, zugesetztes siliziumhaltiges Material benutzt. Schließlich kann ein festes, körniges Material von ausreichender mechanischer Festigkeit und ausreichender Korngröße_;um als Abstützmittel allein oder in Zusammenwirken mit einem Abstützmittel zu wirken, der Üblichen Trägerflüsslgkeit zugegeben werden und in dem Riß abgelagert werden. Dieses feste kornförmige Material ist von einer Beschaffenheit, daß es in Gegenwart einer wässrigen Lösung ein lösliches Brdalkalihydroxydprodukt gibt. Die Bildung

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des löslichen Erdalkalihydroxyds kann auch ein Ergebnis des Einschlusses in die Trägerflüssigkeit oder in eine Lösung sein, die der Trägerflüssigkeit nachgegeben wird und aus einer Substanz besteht, die mit dem festen kornförmigen Material reagiert und ein Erdalkalihydroxyd bildet. Falls das lösliche Erdalkalihydroxyd Calciumhydroxyd ist, kann Portlandzernentschlacke oder ein Festkörper geeigneter Größe verwendet werdender ein Bestandteil enthält, der mit der Substanz in der Behandlungslösung oder in der Trägerflüssigkeit oder in der dieser folgenden Flüssigkeit reagiert und ein Erdalkalihydroxyd bildet. Feste Materialien, wie beispielsweise Puzzolana, die bei der Bildung einer durchlässigen Matrix behilflich sind, können ebenfalls in eine gesättigte Calciumhydroxydlosung eingegeben werden.

In einer ähnliäien Art und Weise kann eine gebundene durchlässige Masse aus siliziumhaltigem Material in Lunkern oder Hohlräumen in der Formation gebildet werden, in dem man eine Behandlungslösung, die groben Sand oder Kies und vorzugsweise ein feinkörniges siliziumhaltiges Material enthält, in das Bohrloch füllt. Diese Technik ist natürlich weniger erstrebenswert, da die Menge des Materials, das zur Bildung einr druchlässigen gebundenen Masse verwendet werden kann, begrenzt ist. Bei diesen Verfahren wird die Behandlungslösung mit dem groben Sand und dem feinkörnigen Bindemittel in die natürlich geschaffenen Risse

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oder Perforationen in der Formation rund um das Bohrloch oder in einen ausgeweiteten oder vergrößerten Hohlraum in der Nach-. barschaft der Formation oder hinter einer geschlitzten und perforierten Metallabschirmung gespritzt. In diesen Fällen ausgenommen, daß Sand als Grundlage für das bindende Material oder zur Bildung der gebundenen Masse der Behandlungslösung zugesetzt ist - ist die Behandlung im wesentlichen die gleiche wie vorher beschrieben. In ähnlicher Weise können teilweise zersetzbare oder lösliche Festkörper benutzt werden, um sowohl das Bindematerial als auch die durchlässige Matrix zu bilden.

In allen denjenigen Verfahren, in denen feste Abstützungsmittel 'in Rissen, Lunkern oder H_ohlräumen in der Formation verwendet werden, hat es sich als zweckdienlich erwiesen, Glasteilchen oder PErlen als Abstützungsmittel zu verwenden. Diese Perlen sind durch eine Erdalkalimetallhydroxydlösung ohne Zusatz von siliziumhaltigem Material zusammengeklebt oder gebunden. Falls es gewünscht ist, kann natürlich feinkörniges siliziumhaltiges Material zugefügt v/erden.

Die Art und Weise, wie das Erdalkalihydroxyd in das Bohrloch eingeführt wird, kann ebenfalls auf viele Weisen variiert werden. Es kann als trockenes Pulver, als pastenförmige«? Konzentrat, als flüssiges Konzentrat, als Suspension oder Emulsion in öl oder Wasser usw. eingeführt werden. Diese Pulver, Flüssigkeiten

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oder Pasten können schubweise oder kontinuierlich dem Dampf oder heißem oder kaltem Wasser zugefügt werden, das in die Formation eingespritzt wird. Das Wasser kann aus der Formation selbst stammen oder Salzwasser oder frisches Wasser sein.

Wegen seiner geringen Kosten und weil es leicht erhäHüch ist, wird von den Erdalkalimetallhydroxyden Calciumhydroxyd bevorzugt. Es reagiert ferner gut mit einem weiten Bereich von Substanzen, die in der unterirdischen Erdformation eingeschlossen sind.

Magnesiumhydroxyd hat eine weitaus geringere Löslichkeit in Wasser als Calciumhydroxyd; die Löslichkeit kann aber auf einen erträglichen Wert gesteigert werden durch Zusatz von geeigneten Reagenzien. Im allgemeinen reagiert Magnesiumhydroxyd gut mit den einzelnen Bestandteilen und scheint in dem Bereich der möglichen Lösungskonzentratibnen voll wirksam zu sein.

Wenn auch ursprünglich gefunden wurde, daß der Verwendung von Magnesiumhydroxyd nicht der Vorzug zu geben sei, so ist in diesem Zusammenhang doch wichtig, seine Eignung festzustellen, da der im Handel erhältliche Kalk häufig etwas Magnesium enthält. Infolgedessen kann die gesättigte Lösung, die aus diesem im Handel erhältlichen Kalk hergestellt ist, geringe Mengen Mag-

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Bariumhydroxyd und Strontiumhydroxyd sind unter gewissen Bedingungen verwendbar. Da die Löslichkeit dieser Verbindungen mit steigender Temperatur zunimmt, kann die in die Bohrung eingeführte Lösung bei der Temperatur an der Bohrsdrie nicht vollständig gesättigt sein, obwohl sie zur Zeit und am Ort der Einfüllung gesättigt ist. Beide Hydroxyde haben drüberhinaus den Nachteil, daß die Ausgangsmaterialien relativ teuer und nicht immer leicht erhältlich sind.

Da die Löslichkeit von Calciumhydroxyd in reinem Wasser vergleichsweise gering ist (1,16 g CaO/Liter bei einer gesättigten Lösung oder 0,116 Gewichts-Prozent bei 30° C)_; und es wünschenswert ist, so viel wie möglich von dem Reagenz bei einem gege-

die,
benen Volumen von Wasser¹ in /'Formation einzuführen, wird der wässrigen Lösung vorzugsweise eine andere Verbindung zugefügt, die die Löslichkeit von Calciumhydroxyd erhöht und die vereinbar mit den Forderungen der Erfindung ist. Das Ergebnis icx eine größere Konzentration von Calciumhydroxyd in der Lösung bei Sättigung. Der hier gebrauchte Ausdruck "gesättigt" bezeichnet eine gesättigte Lösung, die ein Übermaß an Calciumhydroxyd aufweist und als eine Suspension der festen Phase erscheint.

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Eine Gruppe derartiger Verbindungen, die die Löslichkeit erhöht, sind die anorganischen Salze, die in Wasser löslich sind und keine unlöslichen Ausfällprodukte mit dem Calciumhydroxyd erzeugen. Dieser Gruppe gehören verschiedene Calcium-, Natrium- und Kaliumsalze an, wie beispielsweise die Chloride, Nitrate, Nitrite und Acetate. Es wurde gefunden, daß Natriumchlorid für diese Zweke wirkungsvoll ist. Wegen seiner geringen Kosten und seiner leichten Erhältlichkeit wird es bevorzugt. Im allgemeinen beträgt die Konzentration des zugefügten anorganischen Salzes bis zu 16 bis 20%. Der optimale Wert hängt von der Verbindung ab, die zugefügt wird, da sich jede Verbindung von der anderen in ihrer Wirkung auf die Löslichkeit von Calciumhydroxyd unterscheidet. Es wurde festgestellt, daß die zugefügten Salze unter Laboratioriumsbedingungen die Löslichkeit von Calciumchlorid um einen Faktor von 1,5 bis 2,5 steigern und die Reaktionsgeschwindigkeit des Calciumhydroxyds an den siliziumhaltigen Teilchen um einen Faktor von 3 oder mehr zunimmt. Bei Natriumchlorid ist die bevorzugte Konzentration ungefähr 3%- Optimale Ergebnisse wurden mit einer Konzentration von 3 bis 6% Natriumchlorid erhalten; oberhalb des letzteren Wertes nimmt die Löslichkeit von Calciumhydrox3^rd nur vernachlässirjbar zu mit dem Anstieg der Konzentration von Natriumchlorid.

Eine zweite Gruppe von Verbindungen, bei denen sowohl eine Zu-

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nähme der Löslichkeit von Calciumhydroxyd als auch eine Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit an den siliziunihaltigen Teilchen beobachtet wurde, sind gewisse wasserlösliche organische Verbindungen.

Obwohl verschiedene organische Substanzen die Fähigkeit zeigen, die Löslichkeit von Calciumhydroxyd in Wasser zu steigern, haben lediglich Zucker und Glyzerin ausreichenden Einfluß, um hier betrachtet zu werden.

Glyzerin steigert die Löslichkeit von Calciumhydroxyd und zeigt keine Behinderung bei da~ Reaktion an den siliziumhaltigen Teilchen. Für den gewünschten Zweck wurde gefunden, daß eine Konzentration von 6% in Wasser ein zufriedenstellendes Ergebnis zeigt.

Es wurde ferner gefunden, daß ein minimaler pH-Wert von ungefähr 10,5 für eine zufriedenstellende Reaktionsgeschwindigkeit von Calciumhydroxyd an den siliziumhaltigen Materialien erforderlich ist_/und daß eine höhere Konzentration einer Substanz, die den pH-Wert unter diesen Wert drückt, negativ auf die Reaktion wirkt. Allgemein gesprochen soll jede CalciuLaiydrciiy-Iösung einen pH-Wert von ungefähr 10,5 oder höher haben, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Die Erfindung ist nicht notwendigerweise begrenzt auf die V^r-

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wendung einer einzelnen dieser obengenannten zuzusetzenden Verbindungen; vielmehr können die verschiedensten Kombinationen dieser Zusätze verwendet v/erden, um die Löslichkeit zu erhöhen. Beispielsweise wurden Laboratoriumsversuche durchgeführt, bei denen 6% Glyzerin plus 3% Natriumchlorid verwendet wurden. In allen Fällen wurde eine Zunahme der Löslichkeit von dem Hydroxyd beobachtet, ohne daß irgendwelche unerwünschten Einflüsse auf die Geschwindigkeit oder das Ausmaß der Reaktion des Hydroxyds mit den siliziumhaltigen Teilchen beobachtet v/urde. In gewissen Fällen können sich deutliche Vorteile durch die Kombination von verschiedenen, die Löslichkeit steigernden Verbindungen ergeben.

Es ist selbstverständlich vorzuziehen, die gesättigte Calciurahydroxydlösung zusammen mit den gewünschten Zusätzen an der Erdoberfläche anzusetzen und zu mischen und erst dann in das Bohrloch zu pumpen. Ein anderes Verfahren, das aber auch von der vorliegenden Erfindung mitumfaßt wird, besteht darin, die gesättigte Lösung am Ort ihrer Verwendung herzustellen. So kann beispielsweise eine Calciumchloridlösung in das Bohrloch gepumpt werdai und dann anschließend eine Natriunhydroxydlösun.T. Chloride besitzen eine hohe Löslichkeit und die erste Lösung wird in die Formation eindringen, ohne irgend eine Ausfällung zu bilden, die die weitere Eindringung in die Formation verhindern würde.- Nach/lern der ersten Lösung das Nntriuinhydroxyd folgt,

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reagieren die beiden v;äffl?igen Lösungen in der Erdformation und bilden Natriumchlorid und Calciumhydroxyd. Die Konzentration der beiden Lösungen werden vorzugsweise so berechnet, daß eine gesättigte Calciumhydroxydlösung in der Formation entsteht, die dann mit den siliziumhaltigen Teilchen in der selben Weise wie bereits beschrieben kontaktiert und reagiert, als wenn Calciumhydroxydlösung in die Formation eingeführt worden wäre. Selbstverständlich können zwei derartige miteinander reagierende Substanzen in einer einzigen Lösung untergebracht werden. Feste Substanzen, die sich wenigstens teilweise zersetzen oder wenigstens teilweise in Wasser löslich sind, wie beispielsweise Zementschlacke, totgebrannter Dolomit usw. können ebenfalls verwendet werden, um das Hydroxyd an Ort und Stelle zu bilden. Wenn die feste Substanz nicht vollständig zersetzbar oder löslich ist, kann der nicht umgewandelte Teil selbstverständlich auch als eine durchlässige Matrix in einem vergrößerten Abschnitt des Bohrloches oder in einem Formationsriß dienen.

Die Zufügung einer Substanz, die die Oberflächenspannung herabsetzt und als Benetzungsmittel wirkt, umjdie Kontaktfreudigkeit zwischen der Lösung und den ciliziumhaltigen Teilchen zu steigern, wird durch die vorliegenden Erfindung ebenfalls erfaßt. Derartige Substanzen können in eine Vorspüllösung eingegeben werden, die vor der Behandlungslösung in das Bohrloch gespritzt wird. Auch andere bekannte Vorspulmitxel wie Isopropylalkuhol,

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20. April 1971 Glykol, Äther usw. können verwendet werden.

Es soll hier keine genaue Theorie der Reaktion des Calciumhydroxyds mit den siliziumhaltigen Teilchen dargelegt werden; aller Wahrscheinlichkeit nach aber stellt sich diese Reaktion so dar, daß das Calciumhydroxyd einen Überzug an den Teilchen bildet und sich außerdem mit der Kieselsäure und/oder der Tonerde der Teilchensubstanz verbindet und dabei einen Überzug aus wasserhaltigem Calciumsilicat und/oder Calciumaluminat auf der Oberfläche bildet, der die Bindung der Teilchen untersützt-. Dies führt zu einer Änderung in der Packungsdichte der Teilchen, möglicherweise aufgrund eines wasserhaltigeren Aufbaus eines Jeden Teilchens, aber sicherlich auch aufgrund des auftretenden Bindungseffektes der oben beschriebenen Überzugsbildung. So behandelte lehmhaltige Teilchen streben nicht danach,eine gallertartige Masse zu bilden, wie das unbehandelte Teilchen tun; sie bleiben vielmehr in einr durchlässigen Verschachtelung.

Laboratariumtests, bei denen lehmartige -Massen, wie beispielsweise Kaolin, Montmorillonit, Hectorit oder extrem feinkörnige feste Minerale, wie Quarzteilchen im Größenbereich von 10 bis 30 Micron oder feinteiliger Glimmer, opalartige Kieselsäure und verschiedene andere Mineralien von der selben Teilchengröße, haben alle gezeigt, daß eine wesentliche Volumvergrößerung auftritt, wenn diese Substanzen mit Calciumhydroxydlösung unter

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den hier gegebenen Reaktionsbedingungen in Verbindung gebracht werden. Üblicherweise ist diese Volumvergrößerung von der Größenordnung 2:1 oder größer. Dies trifft zu sowohl.bei lose angeordneten Teilchen in einer Flüssigkeit als auch bei kompakten Anordnungen unter statischem Flüssigkeitsdruck von der Größenordnung wie er in tiefen Bohrlöchern auftritt, beispielsweise bei 850 at.

An dem obengenannten Testmaterial wurden vergleichende Messungen der Filtrationsgeschwindigkeit unter Laboratoriumsbedingungen durchgeführt, um relative Durchlässigkeit dieses Materials vor und nach der Behandlung mit Calciumhydroxyd zu bestimmen. Zuerst wurde aus dem unbehandelten Material ein Filterkuchen,von einigen "Zehntel Millimeter Dicke geformt, der über ein poröses Filterbett aus feinkörnigem Sand gelegt wurde. Bei den meisten der Materialien traten keine wesentlichen Flüssigkeitsmengen durch, weder öl noch Wasser. Dann wurden die gleichen Filterkic hen aus mit Calciumhydroxyd behandelten Materialien geformt und ebenfalls auf ein Filterbett aus feinkörnigem Sand gelegt. Diesmal traten sowohl öl als auch Wasser durch das Filter durch. Beide . Flüssigkeiten führten die behandelten Festkörper in Suspension mit und setzten dadurch den Aufbau eines dicken Filterkuchens fort, der porös und flüssigkeitsdurchlässig blieb. Die behandelte Teilchensubstanz blieb flüssigkeitsdurchlässig,

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selbst wenn die Dicke des Kuchens auf mehr als 5 cm anwuchs. Die Geschwindigkeit des Flüssigkeitsflusses durch ein Bett dieser Dicke überstieg bei weitem die Flußgeschwindigkeit durch eine unbehandelte Teilchensubstanz von nur wenigen Zehntel Millimeter Dicke, wie sie beispielsweise ein Bohrschlammkuchen hat. Wie oben bereits angedeutet, dienen solche Filterkuchen als Siegelmasse für die freie Schnittfläche der Formation während des Bohrens, wo der Durchtritt von Flüssigkeit unerwünscht ist.

Tabelle I zeigt beispielhaft die Ergebnisse von drei unterschiedlichen Tests zum Vergleich der Filtrationsgeschwindigkeit an zwei vergleichbaren Proben eines Teilchenmaterials, die eine unbehandelt und die andere behandelt. Zuerst wurden zwei gleichschwere Proben des Testmaterials ausgewogen. Dann wurde $ede Probe in ungefähr 30 ecm Flüssigkeit geschüttelt. Die eine Probe wurde zur Kontrolle in eine sechsprozentige wässrige Natriumchloridlösung getan. Die andere Lösung wurde zu Vergleichszwecken in eine gesättigte Calciumhydroxydlösung getan, der ein Salz zugefügt war. Beide Proben wurden dann in einen Ofen gebracht und auf einer gleichbleibenden Temperatur von 65° C gehalten, bis sich in der zweiten Probe ein durch Beobachtung feststellbarer Gleichgewichtszustand eingestellt hatte.· Dieser Zustand wurde dadurch angezeigt, daß die Teilchen zu großen, unregelmäßig geformten, Flocken zusammenbacken und sich in weniger

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als zehn Sekunden nach einem vorausgegangenen Schütteln als poröse Masse niedersetzen, wobei darüber eine klare Lösung stehen bleibt.

Dann wurden die Proben aus dem Ofen herausgezogen und kräftig geschüttelt, damit die gesamte Teilchensubstanz wieder in Suspension geht. Um die relative Filterfähigkeit der behandelten und der unbehandelten Teilchensubstanz bestimmen zu können, wurde die Flüssigkeit bei einem Druck von 660 Torrvon den Proben abgezogen. Aus der Teilchensubstanz wurde eine dünne Schicht von möglichst gleichförmiger Dicke auf einem Filterpapier ausgebreitet,das auf eine perforierte Plattegelegt wurde. Dann wurde die Zeit gemessen, die erforderlich ist, um Volumen von 5, 10, 15 und 20 ecm des Filtrates durch die perforierte' Platte mit der aufgelegten Substanz hindurchzuziehen.

Bei den in Tabelle I wiedergegebenen Vergleichstests wurde die erste Probe mit weniger als 160 mesh Glimmer durchgeführt. Die Probe wog 0,1 g und wurde in 30 ecm V/asser gegeben, dem 6 Gewichst-Prozent Natriumchlorid zugefügt wurde, bevor es mit Calciumhydroxyd gesättigt wurde. Der zweite Test wurde mit weniger als 325 mesh Caolin durchgeführt, die Proben von je

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0,5 g in 30 ecm Wasser enthielten 'ebenfalls 6% Natriumchlorid, bevor die Sättigung mit Calciumhydrixyd durchgeführt wurde. Der dritte Test wurde mit weniger als 325 mesh Kieselsäure

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durchgeführt, wobei jede Probe 0,05 g in 30 ecm Yfesser enthielt, dem 6% Natriumchlorid zugegeben war, um die Löslichkeit des Kalkes in der Lösung zu erhöhen. Bei dem letzten Test schließlich wurden Proben der gleichen Größe von dem gleichen Kieselsäurematerial verwendet, aber diesen Proben war 3% Calciumacetat zugefügt, um die Löslichkeit des Hydroxyds zu erhöhen.

In der folgenden Tabelle I geben die Zahlen die Zeit in Sekunden an, die erforderlich war, um die gemessenen Flüssigkeitsmengen aus dem Probenbehälter zu entziehen.

Tabelle I

ohne Kalk gesättigte Kalklösung

Volumen(ccm) 5 10 15 20 5 10 15 20 Material:
1. Glimmer 40 95 165, 245 14 28 ' 48 70

2.	Kaolin	75	250	500	750	12	28	36	47
3.	Kiesel säure	120	300	520	800	9	19	29	39
4.	Kiesel säure	68	180	.290	420	11	23	35	48

Bei diesen Laboratoriumtests wurde als Flüssigkeit eine wäss rige Lösung verwendet. Aus- den in der Tabelle I angegebenen Zeiten geht hervor, daß die Filtrationsgeschwindigkeiten bei allen drei Substanzen wesentlich höher sind, wenn die Teilchen

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durch Zusammenführung mit der gesättigten Calciumhydroxydlosung umgewandelt wurden. Es ist ferner bemerkenswert, daß im Falle des unbehandelten Materials jedes zusätzliche Volumen von 5 ecm nach dem ersten 5 ccm-Volumen eine größere Filterzeit erfordert als das erste Volumen. Somit bietet der Kuchen aus unbehandeltem Material dem Flüssigkeitsfluß einen größeren Widerstand, als der Kuchen aus behandeltem Material, selbst wenn die Dicke des Filterkuchens im letzteren Fall anwächst. Somit kann gefolgert werden, daß die Behandlung der Teilchen in der beschriebenen Weise dazu führt, daß ihre Durchlässigkeit für Flüssigkeiten erhalten bleibt, indem sie in.eine vergleichsweise starre und formbeständige durchlassige Masse umgewandelt werden.

Das bevorzugte Erdalkalimetallhydroxyd der vorliegenden Erfindung ist Calciumhydroxyd. Das Calciumhydroxyd soll in der wässrigen Lösung in einer Menge vorhanden sein, die ausreicht, eine gesättigte oder übergesättigte Lösung zu schaffen. Das Hydroxyd wirkt auf die siliziumhaltigen Materialien in der Formation, indem es aus diesen Materialien eine hoch durchlässige gebundene Masse erzeugt. Es wurde ferner gefunden, daß diese Wirkung des Hydroxyds von der Tempratur und der Zeit abhängt. Die Länge der Zeit, die erforderlich ist, damit die gewünschte Reaktion stattfindet, steht darüberhinaus in Wechselbeziehung zu der Temperatur. Beispielsweise wurde unter Laboratoriumsbedingungen festgestellt, daß die Reaktion bei ungefähr 20° C langsam stattfin-

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findet; sie erfordert mehrere Tage. Bei 6f? C jedoch steigt die Reaktionsgeschwindigkeit so an, daß eine gebundene Masse in etwa 20 Stunden gebildet ist. Deshalb ist es notwendig, die Lösung für eine Zeitdauer in der Formation zu halten, die ausreicht, die Bindung der Teilchen vollständig durchzuführen. . Bei einer üblicherweise am Boden des Bohrloches anzutreffenden Temperatur von ungefähr 75° C muß die Behandlungslösung über ein oder zwei Tage oder länger im Ruhezustand gehalten werden, damit sich eine durchlässige gebundene Masse aus siliziumhaltigem Material bilden kann, die unter Betriebsbedingungen erhalten bleibt. Die Zeitdauer, für die die Lösung in Ruhe gehalten werden soll, ist noch kürzer bei Temperaturen um unge-· fähr 100° C. Die Temperatur soll aber unter derjenigen gehalten werden, bei der im allgemeinen das gesamte siliziumhaltige Material eine chemische .Kombination mit dem Calciumhydrat eingeht. Wenn im wesentlichen reine Kieselsäure und Calciumhydrat verwendet werden, liegt diese Temperatur bei etwa 220 C. Obwohl die geeigneten Temperaturen aufgrund der Warcneabsorbtion aus der Formation erhalten werden können, kann eine Temperatursteigerung erreicht werden durch Aufheizung der Behandlungslösung selbst oder durch Aufheizung einer Bohrlochkontrollflüssigkeit, die vor oder nach der BahndlungsflUssigkeit in das Bohrloch gegeben wird.

Im Verlaufe der experimentellen Arbeiten wurden Tests in einer

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Anzahl von Bohrlöchern durchgeführt, die in verschiedenen Gebieten lagen und die wegen ihrer ungünstigen Sandbedingungen in den Bohrlöchern ausgewählt wurden. In den Testbohrlöchern wurden verschiedene Techniken und Änderungen der Bedingungen auf einer experimentellen Basis versucht. Die sachlichen Behandlungsbedingungen und die erhaltenen Ergebnisse von einigen Testbohrlöchern sind in der Tabellen zusammengestellt.

In Tabelle II sind die Menge des aktiven Bestandteiles Calciumhydroxyd und die Menge des heißen Wassers angegeben, das in jedes Testbohrloch gespritzt worden ist, und zwar entweder als heißes Wasser oder als Dampf, wobei die Dampfmenge umgerechnet worden ist in eine äquivalente Menge heißen Wassers. Ebenso ist für jedes Bohrloch der Druck angegeben, der am Eingang des Bohrloches erzeugt wurde, um die Lösung in die Pörderzone zu spritzen. Dieser Druck reichte aus, um die Behandlungslösung in die Förderformation zu drücken, wo sie iH das verdrängbare Öl und Gas wegdrückte. Damit sollte erreicht werden, daß die Lösung in Teile der Förderzone gelangt, die relativ weit vom Bohrloch entfernt liegen.

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Test-Nr.
Ort

Tabelle II

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G

Midway-Sunset 435 120 1280 5,4 238 200 28 14

field, California

S. Belridge Field, 330 164 T190 4,8 220 260 39 14 California

Midway-Sunset 455 105 810 5,1 220 118 33 7 Field, California

San Ardo Field,
California

1670 13,0 238 260 39

Golden Lake Field, 500 8 360 15,0 143 82 13 10 Canada

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In Tabelle II sind die Menge des aktiven Bestandteiles Calciumhydroxyd und die Menge des heißen V/assers angegeben, das in jedes Testbohrloch gespritzt worden ist, und zwar entweder als heißes Wasser oder als Dampf, wobei die Dampfmenge umgerechnet worden ist in eine äquivalente Menge heißen Wassers.'

Da die tatsächliche Eindringtiefe in die unterirdische Formation nicht bestimmt werden kann, wird mit Hilfe der vertikalen Dicke der Förderzone und des \öLumens der eingespritzten Lösung unter der Annahme, daß sich die Lösung vom Bohrloch aus radial mit gleicher Geschwindigkeit und gleichförmig über den ganzen Sektor in alle Richtungen ausbreitet, eine theoretische Eindringtiefe berechnet.

Die Annahmen, die bei der Berechnung des Radius für die Ausbreitung der Behandlungslösung in der Formation, wie er in .. .·.··. ·... ...... ..··-.'·■ .. .··,·■·, -'. ·' · ■ · . ' ·

Reihe 5 der Tabelle II angegeben ist, getroffen worden sind, sind die folgenden:

Porösität 25%

von der Lösung gefülltes Volumen = Porenvolumen minua Restöl in Höhe von 30$ί des Porenvolumens.

Das durchdrungene Volumen der Formationen im kalifornischen

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Fördergebiet wird mit 7O?6 des gesamten Abschnittes angenommen, der durch das Bohrloch geöffnet wird. Es wird ferner angenommen, daß die eingespritzte Behandlungflüssigkeit 70% der durchlässigen Forderformation füllt. Auf dieser Annahmen beruhen die theoretischen Werte für den Eindringradius in Tabelle III.

Tabelle III

Radius der Eindringtiefe (cm) 13 25 38 51 64 Behandlungsflüssigkeit(in t)

pro m Zonendicke 0,22 0,9 2,0 3,6 5,6

Radius 76 89 102 114 127

Behandlungsflüssigkeit 8,6 11,0 14,3 18,1 22,3

Diese Berechnungen mit den oben angenommenen Werten wurden auf die gesamte behandelte Förderzone angewendet. Es sei aber bemerkt, daß wegen der Unterschiedlichkeit der Durchlässigkeit der Förderzone die eingespritzte Flüssigkeit mehr in die durchlässigeren Abschnitte als die weniger durchlässigen Abschnitte dringt, so daß die Gleichmäßigkeit der Eindringung der Behandlungsflüssigkeit in Yiirklichkeit von der Gleichmäßigkeit der Durchlässigkeit der Förderformation abhängt. Sefet man jedoch eine gleichmäßige Durchlässigkeit voraus, so ergeben sich aufgrund der Beziehung zwischen dem Volumen der eingespritzten

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Flüssigkeit und dem errechneten Eindringradius die in Tabelle III wiedergegebenen Vierte.

Das Testbohrloch Hr. 1 gemäß Tabelle II hat nach den vorhandenen Aufzeichnungen in den 24 Monaten vor der Behandlung mit der erfindungsgemäßen Lösung mindestens 30mal gesandet. Dabei mußten insgesamt etwa 450 m Sand aus dem Bohrloch entfernt werden. Nach der Behandlung mit der erfindungsgemäßen Lösung fand keinerlei bemerkenswerte Sandung mehr statt und das Bohrloch blieb über einen Zeitraum von 28 Monaten in Betrieb, wobei die einzige Unterbrechung der Förderung auf einer anderen Ursache beruhte als der Sandung. Darüberhinaus wurde festgestellt, daß die monatliche Produktionsmenge durch die Behandlung nahezu verdoppelt wurde.

Bei dem Testbohrloch Nr.. 2 wurden so schwerwiegende Sand- und Wasserprobleme angetroffen, daß die Förderung nicht mehr lohnend erschien und eingesta.lt werden sollte. Zwei Monate nach Behandlung dieses Bohrloches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren war der Sand ausgeschlossen und die Ölförderung konnte ohne · irgendwelche weiteren Sandprobleme seither fortgesetzt werden. Seither werden aus diesem Bohrloch täglich 24 t Wasser und 18 t öl gefördert, später wurde diese tägliche Förderleistung auf 36 t Wasser und 36 t öl gesteigert.

Bei der Testbohrung Nr. 3 mußte ca. viermal im Jahr Sand aus-

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geschlämmt werden. Seit der Behandlung dieses Bohrloches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mußte das Bohrloch noch zweimal ausgeschlämmt werden, um den Sand zu entfernen, wobei die Menge des Sandes beim zweitenmal wesentlich geringer war als beim erstenmal. Seitdem fördert dieses Bohrloch mit einer merklich geringeren Menge Sand.

Schwierige Sandprobleme wurden auch bei der Testbohrung Hr. angetroffen. Die Aufzeichnungen zeigen, daß in den 2 Monaten vor der Behandlung des Bohrloches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zweimal Sand weggeräumt werden mußte. Nach der Behandlung förderte das Bohrloch ständig und in dem folgenden Zeitraum von 14 Monaten zeigte sich kein nennenswerter Sandanfall.

Auch bei der Testbohrung. Nr. 5 wurden schwierige Sandprobleme angetroffen. "Vor der Behandlung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren variierte die Sandförderung zwischen 0,4 und 5%; dagegen sank sie nach der Behandlung auf 0,2 bis 1,2>ό. iiachdera eine zeitlang mit dieser geringen Sandmenge gefördert wurde, stieg der Sandanfall plötzlich auf h% und das Bohrloch hörte auf zu fördern. Es wird angenommen, daß die Formation schließlich zusammenbrach, nachdem die Fördermenge von öl und Wasser nach der Behandlung durch das erfindungsgemäße Verfahren auf das eechs- bis siebenfache derjenigen Menge angestiegen waren, die vor der Behandlung gefördert wurde.

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Claims

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Patentansprüche

1. Verfahren zur Behandlung durchlässiger, unter der Erdoberfläche liegender Formationen, um darin enthaltene,nicht gebundene siliziumhaltige Materialien zu binden, dadurch gekennzeichnet, daß in ein die Formation durchdringendes Bohrloch und in die Formation selbst eine wässrige Lösung eines Erdalkalimetallhydroxydes in einer Menge und mit einem Druck eingespritzt wird, ■ die ausreichen, um in die Formation eine Lösungsmenge im Überschuß zu pressen, die aufgrund des Druckes der in das Bohrloch eingebrachten Lösungssäule in die Formation eindringt, und daß die-Lösung für eine Zeitdauer und bei einer Temperatur in der Formation im Ruhezustand belassen wird, die ausreichen, um aus dem nicht gebundenen siliziumhaltigen Material eine durchlässige, gebundene Masse zu bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge und der Druck der eingeführten Lösung ausrächen, eine Rißbildung in der Formation zu erzeugen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die

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Lösung ein festes, teilchenförmiges Absteifungsmittel von einer Größe und Stärke enthält, die ausreichen, den Riß offen zu halten.

4. \ferfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung vor einer Brechflüssigkeit in die Formation·eingespritzt wird.

5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchlässige Formation gebrochen wira und die Lösung durch Einspritzen einer wässrigen Lösung eines festen, teilchenförmigen Absteifungsmittels gebildet wird, das in der Lage ist, eins Erdalkalimetallhydroxyd an Ort und Stelle in dem Riß zu bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Erdalkalimetallhydroxyd durch Reaktion zwischen dem festen, teilchenförmigen Absteifungsmittel und einer zweiten Verbindung gebildet wird, die in der eingespritzten Lösung enthalten ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung eine lösliche Verbindung enthält, die die Löslichkeit des Erdalkalimetallhydroxyd erhöht.

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8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung eine Kalziumhydroxydlösung ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung eine gesättigte Kalziumhydroxydlösung ist.

10. Verfahren nach-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung ein anorganisches Salz enthält, das mit Kalziumhydroxyd keine Ausscheidung bildet.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Salzes zwischen etwa Λ% und etwa 1650 liegt.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Salzes zwischen etwa 1% und etwa 696 liegt.

13· Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Salz NatriunuÜorid ist.

14. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Lösung zwischen etwa V/o und etwa 6% NatriumdäLorid enthält.

15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung etwa 3% Natriumdiorid enthält,

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung ungefähr 1 bis 6% eines Glyzerins enthält.

17· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung ungefähr 3% Natriumchlorid enthält und mit Kalziumhydroxyd gesättigt ist.

18. Verfahren zur Bildung einer durchlässigen, gebundenen Masse aus teilchenförmigen Festkörpern in einem Riß oder in Hohlräumen einer durchlässigen, unter der Erdoberfläche liegenden Formation, dadurch gekennzeichnet, daß. eine wässrige Lösung eines Erdalkalimetailhydroxyds in den Riß oder die Hohlräume gefüllt wird, die dort große teilchenförmige Festkörper, die ausreichen, um den Riß zu füllen, fein verteilt, und daß die Lösung in dem Riß für eine Zeitdauer und bei einer Temperatur gehalten wird, die ausreichen, eine gebundene Masse der teilchenförmigen Festkörper zu bilden.

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19. Verfahren nach Anspruch Ί8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lösung ein aus kleinen Teilchen bestehendes siliziumhaltiges Material hinzugefügt ist, um die gebundene Masse durch Reaktion mit dem Erdalkalimetallhydroxyd zu bilden.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Riß ein vergrößerter Abschnitt des Bohrloches ist, das die Formation durchdringt.

21. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß. die Hohlräume eine Vielzahl von Löchern sind, die in der Formation gebildet sind.

22. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlräume eine Vielzahl von Rissen oder Brüchen sind, die in der Formation gebildet sind.

23. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der HoMraum ein ringförmiger Raum zwischen der Formation und einer in dem Bohrloch angeordneten metallischen Abschirmung ist.

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