-
Zubereitung und Verfahren zur Selektiven Modifizieren der Permeabilität
von unterirdischen Formationen Die Erfindung betrifft eine Zubereitung und ein Verfahren
zum selektiven Modifizieren der Permeabilität (Durchlässigkeit) von unterirdischen
Formationen; sie betrifft insbesondere eine Zubereitung und ein Verfahren zur Regulierung
der Flüssigkeitsströme aus und in unterirdischen Formationen sowie ein Verfahren
zum Blockieren (Sperren) von Flüssigkeitsströmen in unterirdischen Formationen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Zubereitung und ein Verfahren zum selektiven
Sperren des Durchflusses einiger Flüssigkeiten in einer unterirdischen Formation,
ohne daß dabei der Durchfluß anderer, in der gleichen oder in benachbarten Formationen
wrorhandener
Flüssigkeiten wesentlich behindert (vermindert) wird.
-
Bei der Gewinnung von Ö'l aus unterirdischen Formationen kommt es
häufig vor, daß zusammen mit den Kohlenwasserstoffen aus der Formation Wasser gewonnen
wird, da wasser-und cl-führende Formationen offensichtlich häufig so nahe beieinander
liegen, daß Ströme aus beiden zur GesamtElüssiO eitsausbeut-e des Bohrloches beitragen.
Diese Situation führt zu Schwierigkeiten bei der Gewinnung und Trennung der gewonnenen
Flüssigkeiten (Fluids).
-
Beim Wasserfluten für die sekundäre Gewinnung von Wohlerwasserstoffen
ist der Wasserdurchfluß in unterirdischen Formationen von Bedeutung. In diesen Bällen
ist es erwünscht, däs aus einigen Bohrlöchern, in denen die Wassergewinnung zu hoch
ist gewonnene Wasser einzuschränken und häufig treten auch Probleme in solchen Formationen
auf, in welche Wasser eingespritzt wird, wenn eine bestimmte Schicht oder ein Teil
der Formation den größten Teil des Wassers aufnimmt und wesentliche Teile der Formation
durch das eingespritzte wasser unbehandelt bleiben. Es wäre daher von Vorteil, wenn
man in der Lage wäre, den Wasserausfluß aus Injektionsbohrlöchern so zu modifizieren,
daß eine verhältnismäßig gleichförmige Verteilung auf alle Teile der Formation erzielt
wird. Es wäre daher von Vorteil, wenn man in der Lage wäre, den Wasserstrom in und
aus unterirdischen Formationen abzusperren oder zu regulieren. Dieses Problem ist
sehr komplex und die beste Methode hängt häufig von der Permeabilität, der Porosität,
der Sättigung und ungewöhnlichen Eigenschaften, wie z.B. Rissen (Spalten) und Verbindungen
innerhalb der Formation, ab. Man besitzt selten genug Informationen, um die Wasserzone
vollständig beschreiben zu können. Deshalb wäre die praktikabelste Lösung dieses
Problems eine solche, bei der eine vollständige Identifikation oder Isolierung der
Zone nicht erforderlich ist.
-
Es wurden bereits verschiedene Verfahren zum Absperren des Wasserstromes
angewendet, von denen das gebräuchlichste das Einpressen von Zement ist. Es stehen
verschiedene Zement arten zur Verfügung und das Einpressen von Zement (cement squeezing)
wird hauptsächlich dann angewendet, wenn die Wasserzonen leicht geortet und isoliert
werden können. Wenn jedoch keine Risse (Spalten) vorhaden sind, dringen die eingepreßten
Zenente nicht in die Poren der natürlichen Formation ein, so daß das Wasser den
Zement unter bestimmten Bedingungen umgehen kann Zement werdcn nicht gut an die
Schlammbedeckten Oberflächen gebunden, die in einigen Formationen vorhanden sind,
und es ist nahezu unmöglich, den Zement (cement) wieder zu entfernen, wenn er einmal
eingeführt worden ist.
-
Zum Absperren des Wasserausflusses wurden auch bereits Sunststoffe
verwendet. Ihr Hauptvorteil scheint der zu sein, daß sie selbst in Formationen mit
einer niedrigen Permeabilität und einer niedrigen Porosität eindringen können. Wenn
sie einmal abgebunden haben, werden sie fest und verbinden sich mit nahezu jeder
Oberflache. Ihre Nachteile bestehen darin, daß sie durch die verschiedensten Materialien
einschließlich Wasser verunreinigt werden können, bevor sie abbinden, daß sie schwierig
zu entfernen sind, nachdem sie abgebunden haben und daß sie sowohl die Wasserzonen
als auch die Kohlenwasserstoffzonen blockieren bzw. absperren und teuer sind.
-
Natriumsilikat-, Silikagel- und Kieselsäuresysteme gehören praktisch
zu dem gleichen Verfahrenstyp. Sie werden seit vielen Jahren mit Erfolg angewendet
und sie werden normalerweise in Form von Flüssigkeiten in die Formation gepumpt
und gelieren oder härten gelassen. Ihr größter Vorteil sind ihre niedrigen Kosten,
ein Hauptnachteil ist der, daß die Silikatsysteme in Wasser löslich bleiben, auch
nachdem sie vollständig abgebunden haben. Deshalb beruht ihre Vlirksamkeft auf der
vollständigen
Blockierung des Wasserstromes, da dann, wenn weiterhin
etwas Wasser fließt, das Silikatmat erial allmählich herausgewaschen wird. Gewisse
Verbesserungen der Silikat- und Kunststoffsysteme wurden erzielt durch Zugabe von
Festatoffen zu dem- Laterial.
-
Die Feststoffe unterstützen das Auffüllen von Hohlräumen, Rissen (Spalten),
Drusen und dglt Die Schwierigkeit, die bei der Verwendung von Feststoffen auftritt,
besteht darin, daß sie entweder zu groß sind, um in die Formation eindringen zu
können oder daß .sie in zu hoher Konzentration vorliegen, was in beiden Fällen dazu
führt, daß die Oberfläche der Formation verschmiert wird, wodurch verhindert wird,
daß alle Absperr-Materialien in die Formation gehen. Die Feinteile wirken auch als
Verteilungsmittel, das bewirken kann, daß mehr Kunststoff oder Silikat in Zonen
geht, in denen er bzw.
-
es nicht erwünscht ist, wcnn die Zonen nicht gut isoliert sind.
-
In der US-Patentschrift 2 782 857 ist ein Verfahren zum selektiven
Zuzementieren von wasser-liefernden Zonen beschrieben, bei dein die angrenzenden,öl-liefernden
Zonen nicht wesentlich beeinträchtigt werden. Bei diesen Verfahren wird eine Aufschlämmung
von Zement in einer hydropheben Flüssigkeit verwendet, die sich in idealer Weise
in wasser-liefernden Formationen aufbaut. Ein Nachteil ist der, daß die Wasserzone
gut lokalisiert sein muß und daß das Aufschlämmungsmaterial genau aufgebracht werden
muß, um ein Auslaufen der Zement aufschlämmung in die öl-liefernden Formationen
zu verhindern.
-
Weitere Nachteile bestehen darin, daß der Zement sich auch in der
ölführenden Formation aufbaut, da diese normalerweise etwas Wasser enthält, wodurch
der Öldurchfluß eingeschränkt wird, daß der Zement auch Feststoffe enthält, die
verhindern, daß er in die Porenhohiraume der Formation eindringt und dgl.
-
In der US-Patentschrift 2 779 735 ist ein Verfahren zum Abdichten
(versiegeln) einer porösen Erdschicht durch Verwendung von kleinen Partikeln in
einer Aufbrechflüssigkeit (fracturing
fluid) beschrieben. Aus diesem
Verfahren geht hervor, daß es nicht selektiv ist und daß durch Anwendung dieser
kleine Part ikel führenden Aufbrechflüssigkeit keine Dif feronz:i erung zwischen
ölführenden und wasserführenden Formationen erzielt wird.
-
In der US-Patentschrift 3 316 965 ist die Verwendung von Gemischen
aus Kohlenwasserstoffen und Polymerisaten zum Abdichten von porösen unterirdischen
Oberflächen beschrieben.
-
Auch ist darin die Verwentö:ng von anorganischen Salzen zur Unterstützung
der Mischung der Kohlenwasserstoffpolymerisate beschrieben. Dicses Verfahren hat
jedoch die gleichen lachteile, wie sie oben angegeben sind.
-
In der US-Patentschrift 3 285 339 ist ein Verfahren zum Konsolidieren
von nicht-konsolidierten Formationen durch Verwendung eines üärtbaren Harzes beschrieben.
Der Nachteil dieses Verfahrens ist wiederum der, daß die Konsolidierung nicht selektiv
ist und daß die damit in Kontakt kommenden Formationen unterschiedslos konsolidiert
und verstopft werden. Demgemäß wurden in den letzten Jahren große Anstrengungen
unternommen, um ein die Permeabilität modifizierendes Material zu entwickeln, das
in Pormationen mit einer niedrigen Permeabilität und einer niedrigen Porosität eines
beliebigen Typs oder eines beliebigen Flüssigkeitssättigungsgrades eindringt, das
in der Lage ist, große hohlräume und Risse zu füllen und danach gegenüber der Formationsumgebung
inert ist. Ein solches Material sollte billig genug sein, um in großen Mengen verwendet
zu werden zum Abdecken von großen Zwischenräumen, zum Füllen von großen Hohlräumen
und das mehrere Dezimeter tief in radialer Richtung von dem Bohrloch aus gesehen
eindringt. Es sollte die Eigenschaft haben, daß es leicht in jeder beliebigen Tiefe
plaziert werden kann, für die Reaktion nur eine kurze Zeit erfordert und keine Vielzahl
von Behandlungsstufen erf'orderlich macht.
-
Es sollte im Falle einer ungeeigneten Plazierung leicht entfernbar
sein.
Eine erwünschte Eigenschaft eines solchen,die Permeabilität modifizierenden Materials
ist die, daß das Material nicht so reagiert, daß es den Durchfluß in Gegeawart von
Kohlenwasserstoffen beschränkt, so. daß es unterschiedslos in ein Bohrloch eingespritzt
werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß die ölliefernden Zonee abgesperrt
werden.
-
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zubereitung und ein
Verfahren zum selektiven Hodifizieren der Permeabilität von unterirdischen Formationen
auzugeben, bei dem die Formationsparameter oder die Lage einer bastimmten Formation
nicht besonders definiert zu werden brauchen. Einweiteres Ziel der Erfindung besteht
darin, ein Verfahren zum sclektiven Modifizieren der Permeabilität von unterirdischen
Formationen anzugeben, ohne daß komplexe Stufen erforderlich sind, sowie eine Zübereitung
zum selektiven Modifizieren der Permeabilität von unterirdischen Formationen zu
entwickeln, die gewünschtenfalls leicht wieder entfernt werden kann.
-
Es wurde nun gefunden, daß die vorstehend genannten Ziele erfindungsgemäß
dadurch erreicht werden können, daR man zum Modifizieren der Permeabilität von unterirdischen
Formationen eine Zubereitung einer ganz bestimmten Zusammensetzung einspritzt Gegenstand
der Erfindung ist eine Zubereitung Z1-E selektiven Modifizieren der Permeabilität
unterirdischer Formationen.
-
die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie besteht aus (a) einem Metallalkylat
der allgemeinen Fornel in der bedeuten:
M ein Metall aus der Gruppe IB, IIA, IIB, IIIA, IIIB, IVA, IVB,
VA, VB, VIB, VIIB und VIIIB des Periodischen Systems der Elemente (wie es auf den
Seiten 448 und 449 im "Handbook of Chemistry and Physics", 40. Auflage, 1959, publiziert
von der Firma @emical Rubber Publishing Co., angegeben ist), n die Valenz von M,
p eine Zahl von O bis n, R einen Rest aus der Gruppe der Kohlenwasserstoffe mit
1 bis 20 Koblenstoffatomen, der Ätheralkohole mit 1 bis 15 Kohlenstoffatomen und
der Alkohole mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, das 1 bis 75 Gew.-% der Z@bereitung
ausmacht, und (b) einer Metalldispersion, in der Metallverbindungen aus c1-er Gruppe
der in Wasser unlöslichen Oxyde, Hydroxyde und Carbonate von Metallen der Gruppen
IB, IIA, IIB, IIIA, IIIB, IVA, IVB, VA, VB, VIB, VIIB und VIIIB des Periodischen
Systems der Elcmente (wie es in dem oben zitierten "Handbook of Chemistry and Physics"
angegeben ist) in einem Dispergiermittel aus der Gruppe der Fettsäuren, Tallölsäuren,
Sulfonate und Phenolate dispergiert sind, die 99 bis 25 Gew.-% der Zubereitung ausnacht.
-
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum selektiven Modifizieren
der Permeabilität unterirdischer Formationen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
man in ein die Bormationen durchdringendesBohrloch eine Zubereitung einspritzt,
die aus den vorstehend angegebenen Metallalkylaten, den vorstehend angegebenen Metalldispersionen
oder Kombinationen der Metallalkylate und Metalldispersionen besteht.
-
Bei den zur praktischen. Durchführung der Erfindung verwendbaren Materialien
handelt es sich um Metallalkylate und Metalldispersionen von Metallen der Gruppen
IB, IIA, IIB, IIIA, IIIB, IVA, IVB, VA, VB, VIB, VIIB und VIIIB des Perlodischen
Systems der Elemente. Beispiele für einige für die praktische Durchführung der Erfindung
brauchbare Metalle sind Magnesium, Calcium, Lanthan, Titan, Vanadin, Chrom, Mangan,
Eisen, Kupfer, Cadmium, Aluminium, Zinn, Wismut, Barium, Strontium, Zink, Blei,
Nickel und Kobalt.
-
Bevorzugte Metall a kylat e sind die Älkylate von Calcium, Magnesium,
Barium, STrontium, Zink, Aluminium, Blei, Kupfer, Nickel und Kobalt und bevorzugte
Metalldispersionen sind Dispersionen von in Wasser unlöslichen Oxyden, Hydroxyden
und Carbonaten der oben aufgezählten Metalle, wobei natürlich der Ausdruck "in Wasser
unlöslich" mehr in einem allgemeinen Sinne als in einem absoluten Sinne zu verstehen
ist. Bevorzugte Metallalkylakylate sind die Calcium-, Magnesium-, Barium- und Zinkalkylate
des Monocarbonats des Monomethyläthers von Diäthylenglykol und das Aluminiumtrialkylat
des Monomethyläthers von Diäthylenglykol und bevorzugte Metalldispersionen sind
die Dispersionen von Calcium, Magnesium und Barium.
-
Die Herstellung dieser Metalldispersionen ist an sich bekannt und
in den US-Patentschriften 3 150 088, 3 150 089 und 3 277 002 beschrieben. Der Metallalkylatgehalt
der Zubereitung kann von 1 bis 75 Gew.-% variieren, er beträgt jedoch vorzugsweise
4 bis 25 Gew.-%. Die Zubereitung kann mit einem inerten organischen Lösungsmittel,
wie z.B., jedoch nicht ausschließlich, Paraffin-, Naphthen- und aromatischen Kohlenwasserstoffölen,
Alkoholen, Glykolen,Äthern, pflanzlichen Ölen, Schmalzölen, Spermöl, synthetischen
Ölen, wie Polymerisaten von Propylen, Po lyoxyalkylenen, Polyoxypropylen und synthetischen
Estern, wie solchen, die von Adipinsäure und Azelainsäure abgeleitet sind, verdünnt
scin. Das Losungsmittel kann in
Mengen bis zu 90,0 Gew.-% vorhanden
sein. Ein bevorzugter Bereich beträgt 50 bis 75 Gew.-% Lösungsmittel.
-
Die Auswahl, ob die Zubereitung in voller Konzentration odei' ver@ünnt
verwendet werden soll, erfolgt n«ch dem vom Verbraucher jewoils angestrebten Ziel.
Das heißt mit anderen Worten, daß bei einer vollen Konzentration ein völliges Absporren
von wasserführenden Formationen erzielt wird, während mit einer Verdünnung partielle
Absperrungen erzielt werden können. Der Grad der Absperung wird auch bis zu einem
gewissen Grade durch das Pre-flush (Vorspülen) und Over-flush (Nachspülen) des Haterials
in die Formation geregelt, d.h. ein Pre-flush, der einen Teil des Formationswassers
entfernt, führt zu einer geringeren Verstopfung. Ein Over-flush, der die Zubereitung
verdünnt, führt ebenfalls zu einer geringeren Einschränkung der Formation.
-
Die Metallalkylate können auch allein als Wasserabsperrmaterial verwendet
werden. Die Metallalkylate können in voller Konzentration (voller Stärke) oder verdünnt
mit einem inerten organischen Lösungsmittel, wie z.B., jedoch nicht ausschließlich,
Paraffin-, Naphthen- und aromatischen Kohlenwasserstoffölen, Alkoholen, Glykolen,
Äthern, pflanzlichen Ölen, Schmalzölen, Spermöl, synthetischen Ölen, wie Polymerisaten
von Propylen, Polyoxyalkylenen, Polyoxypropylen und synthetischen Estern, wie solchen,
die von Adipinsäure und Azelainsäure abgeleitet sind, verwendet werden. Bevorzugte
Lösungsmittel sind paraffinische Kohlenwasserstofföle, Alkohole, Glykole und Äther.
Das Lösungsmittel kann in einer Menge bis zu 90 Gew.-% der Gesastzubereitung vorhanden
sein, obgleich 50 bis 75 Gew.-% Lösungsmittel eine zweckmäßigere Mischung ist.
-
Diese Zubereitungen reagieren starker mit Wasser unter Ausbildung
der Gelstruktur des Absperrmaterials als die Kombinationen, welche die Metalldispersionen
als Bestandteil enthalten. Beim Kontakt mit Formationswasser wird ein schnelles
Absperren erzielt.
Das dabei erhaltene Material ist nicht so dauerhaft
wie dasjenige, das bei Verwendung - der Metalldispersionen allein oder in Kombination
erhalten wird, da eine geringere Formationspenetration erzielt wird. Deshalb führt
die Alkylat zubereitung allein zu einem mehr temporären Absperrmittel, Ein weiterer
Vorteil ist der, daß die Druck- und Geschwindigkeitsänderungen während der Injektion
rasch erfolgen und daß die Behandlung leicht überwacht bzw gesteuert werden kann.
-
Die Metalldispersionen können ebenfalls allein oder in Kombination
mit inerten organischen Verdünnungsmitteln, wie z.B., jedoch nicht ausschließlich,
Paraffin-, Naphthen-,und aromatischen Kohlenwasserstoffölen, Alkoholen, Glykolen,
Äthern, pflanzlichen Ölen, Schmalzölen, Spermöl, synthetischen Ölen, wie Polymerisaten
von Propylen, Polyoxyalkylenen, Polyoxypropylen und synthetischen Estern, wie solchen,
die von Adipinsäure und Azelainsäure abgeleitet sind, verwendet werden.
-
Bevorzugte Lösungsmittel sind Paraffine, Naphthen- und aromatische
Kohlenwasserstofföle. Die Verdünnungsmittel können in einer Menge von bis zu 90
Gew.-% der Zubereitung vorhanden sein, obwohl eine Zubereitung mit 50 bis 75 Gew.-%
Lösungsmittel zweckmäßiger ist. Die Metalldispersionen sind sehr gut löslich in
Kohlenwasserstoffölen, so daß hohe Konzentrationen an der Metalldispersion zur Herstellung
von stabilen, dauerhaften Absperrmaterialien (Verstopfungsmaterialien) verwendet
werden können. Die Metalldlspersi.omen sind weniger reaktiv als die oben beschriebenen
Metallalkylate und machen eine Aushärtungszeit erforderlich, um voll wirksam zu
sein. Sie sind auch empfindlicher für ein Cl-Over-flush und können deshalb leichter
an partielle Verstopfungsbehandlungen angepaßt werden.
-
Eine besonders bevorzugte Zubereitung ist eine Mischung, die 10 bis
40 Gew.-% Dieselöl, 5 bis 35 Gew.-% 2-Butoxyäthanol, 15 bis 55 Gew.-% an Metalldispersion
und 10 bis 40 Gew.-% an Metallalkylat enthält. Diese Zubereitung weist Vorteile
gegenüber
jeder der Einzelkomponenten auf. Sie besitzt eine niedrigere Viskosität und läßt
sich gut pumpen, auch wenn Formationen mit einer niedrigen Peimcabilität behandelt
werden, die Mischung liefert ein gutes Absperpmaterial mid schnellen Absperreigeuschaften
und einer Langzeitbeständigkeit, sie ist stabil und kann über lange Zeiträume hinweg
bei Normaltemperaturen (-12 bis +38°C (10 bis 100°F)) ohne Phasentrennung und dgl.
gelagert werden.
-
Bei der praktischen Durchführung der Erfindung kann das Material einfach
in das Bohrloch gepumpt und vnter Druck oder dgl.
-
in die das Bohrloch umgebende Formation gepreßt werden. Das Material
reagiert beim Kontakt mit Wasser unter Bildung eines Absperimaterials (Verstopfungsmaterials),
das den Wasserdurchfluß in den wasserführenden Formationen stoppt, ohne den Öldurchfluß
in den ölführenden Formationen wesentlich zu beeinflussen. Ein besonderer Vorteil
der erfindungsgemäßen Zubereitung ist der, daß sie beim Kontaht mit Wasser reagiert
unter Bildung eines festen oder halbfesten gelatinösen Materials, wodurch die wasserführenden
Formationen abgesperrt (verstopft) werden. Eine solche Reaktion tritt beim Kontakt
mit Öl nicht auf, so daß es möglich ist, wasserführende Formationen in Gegenwart
von ölführenden Formationen abzusperren.
-
Es ist nicht erforderlich, die Zubereitung selektiv in eine gegebene
Schicht einzuspritzen, um eine Verstopfung der benachbarten ölführenden Formationen
zu vermeiden.
-
Eine zweite Methode zur Anwendung der erfindungsgemäßen Zubereitujig
besteht darin, daß man die Zubereitung in eine gewünschte Formation selektiv einspritzt.
Es ist zu erwarten, daß diese Methode am häufigsten bei. der sekundären Gewinnung
angewendet werden wird, bei der Wasser durch ein gemeinsames Bohrloch in verschiedene
Formationen eingespritzt wird und eine oder mehrene der Formationen beträchtlich
mehr Wasser als die proportionale Menge aufnimmt. Bei dieser Anwendung ist es zwechmäßig,
die Zubereitung direkt in die disproportional große
Wassermengen
aufnebmenden Formationen einzuspritzen, um dadurch diese Formationen entweder teilweise
oder vollständig abzudichten.
-
Es sei darauf hingewiesen, daß die crfindungsgemäße Zubereitung leicht
wieder entfernt word.rm kann, wenn sie in eine Formation eingespritzt worden ist,
die zu eincm späteren Zeitpunkt wiederverwendet werden so 13., wenn sie versehentlich
in die falsche Formation eingespritzt worden ist oder dgl., indem man einfach diese
Formation ansäuert. Für die Verwendung zur Entfernung der erfindungsgemäßen Zubereitung
eignen sich Säuren, wie z.B., jedoch nicht ausschließlich, Chlorwasserstoffsäure,
Schwefelsäure, Fluorwasserstoffsäure, Essigsäure, Ameisensäure und dgl. Eine bevorzugte
Säure ist Chlorwasserstoffsänre.
-
Es sei darauf hingewiesen, daß das gebildete verstopfende Material
ebenfalls etwas öllöslich ist, so daß dann, wenn es sich versehentlich in einer
ölführenden Schicht gebildet hat, das Ol das Material allmählich auflöst, wodurch
die ursprüngliche Permeabilität der Formation zurückgewonnen wird.
-
Insgesamt eignen sich die erfindungsgemäße Zubereitung und das erfindungsgemäße
Verfahren zum Modifizieren oder Abstoppen von Strömungen in oder aus unterirdischen
Formationen ohne daß die zu modifizierende Formation identifiziert und spezifisch
lokalisiert werden Lß Es ist natürlich klar, daß die vorstehend und in den folgenden
Beispielen an Hand von bevorzugten Ausführungsformen beschriebene Erfindung in vielerlci
Hinsicht abgeändert und modifiziert werden kann, ohne daß dadurch der Rahmen der
vorliegenden Lrfin(1ung verlassen wird.
-
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher e-rläutert
Beispiele Zur Vereinfachung der nachfolgeud beschriebenen Beispiele und
der
folgenden Diskussion sollen zuerst bestimmte Ausdrücke definiert werden, die in
den folgenden Beispielan in vereinfachter Form verwendet werden. Das Calciumalkylatmonocarbonat
des Diäthylenglykolmonomethyläthers wird nachfolgend als Calciumalkylat bezeichnet;
der Ausdruck "Dieselöl" besieht sich auf @r. 1-Dieseltreibstoff, obwohl die Erfindung
darauf nicht beschränkt ist; das Zinkalkylatmonocarbonat des Diäthylonglykolmonomethyläthers
wird nachfolgend als Zinkalkylat bezeichnet; das hagneaiumalkylatmonocarbonat des
Diäthylenglykolmonomethyläthers wird nachfolgend als Magnesiumalkylat bezeichnet;
das Aluminiumtrialkylat des Diäthylenglykolmonomethyläthers wird nachfolgond als
Aluminiumalkylat bezeichnet; die Metalldispersionen, die ein Dispargiermittel aus
der Gruppe der Fettsäuren, der Tallölsäuren, der Sulfonate und Phenolate, eine Metallverbindung
aus der Gruppe der in Wasser unlöslichen Motallcarbonate, -oxyde und -hydroxyde
und inerte organische Lösun@smittel enthalten, wie sie vorstehond aufgezäblt sind,
werden als Metalldispersioren, beispielsweise Calciumdispersionen, bezeichnet, Beispiele
für solche Zusammensetzungen sind folgende: Dispergiermittel 15 bis 45 Gew.-% Metallverbindung
15 bis 40 " inertes organisches Lösungsmittel 20 bis 50 " Bevorzugte Zusammensetzungen
sind folgende: Dispergiermittel 25 bis 35 Gew.-% Metallverbindung 20 bis 30 " inertes
orgenisches Lösungsmittel 35 bis 45 " Es ist natürlich klar, daß die oben angegebenen
Beispiele die Erfindung lediglich erläutern sollen, diese jedoch keineswegs darauf
beschränkt ist.
-
Es wurde gefunden, daß bestimmte Metalldispersionen in Öl und die
oben beschriebenen Metallalkylate beim Kontakt mit Wasser reagieren unter Bildung
oines gelatinösen Matérials, das sich zum Absperren (Verstopfen) oder Hodifizieren
von unterirdischen Formationen eignet. In den folgenden Beispielen sind Vers@che
beschrisbon, die mit diesen Materialien durchgeführt wurden und diese Eigenschaft
erläutern. Die Versuche wurden in einem Hassler-Hälsenapparat durchgefünrt, der
Kernc mit einer Länge von 5,1 bis 10,2 cm (2 bis 4 inches) und einem Durchmesser
von 1,97 cm (7/8 inch) enthielt und in dem Druckluft zum Durchpressen ven Flüssigkeiten
bzw. @luids durch die Kerno verwendet wurde. In den Versuchen wurden, wenn nichts
anderes angegeben ist, Oklahoma Nr. 1-Sandballen verwendet. Bei diesem Sand handelte
es sich um einen sauberen, feinkörnigen Quarzsand mit einer Permeabilität in der
Größenordnung von 5 bis 10 darcies. Bei dem Verfahren wurde der Sand in Leitungswasser
abgepackt (abgedichtet) und dann mit Dieselöl bis zur Entfernung von interstitiellem
Wasser gespült. Bei einigen Versuchen wurde diese Dieselölspülung weggelassen, um
den Absperreffekt auf zu 100 % mit Wasser gesättigtem Sand zu untersuchen. Das Behandlungsmaterial
wurde dann in die Kerne eingeleitet und durch diese hindurchgeleitet, bis eine Gesamtabsperrung
erzielt worden war, bevor die Beschickung diese passiert hatte. Die restliche Permeabilität
wurde dann durch erneutes Durchströmenlassen von Wasser durch die gleichen Kerne
geprüft. In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse von Versuchen mit verschiedenen
Materialien angegeben.
-
Tabelle I Ver- Pre-flush (Vorspülung) Behandlungsmaterial Restpermeabisuch
Typ Volumen(ml) Typ Volumen(ml) lität in % A - - Calciumalkylat 100 1,5 B D.O.*
360 Magnesiumalkylat 100 0 C D.O.* 360 Calciumdis- 100 0 persion
Fortsetzung
von Tabelle I D D.O.* 140 Zinkalkylat 100 23 E D.O.* 140 Aluminium- 100 0 alkylat
* D.O. = Dieselöl Wie die vorstehend angegebenen Frgebuisse zeigen, wurde durch
alle untersuchten Materialien die Permeabilität wesentlich herebgesetzt und in einigen
Fällen wurde der Durchflu@ vollständig gestoppt.
-
Unter Verwendung der gleichen Vorrichtung und unter Anwendung des
gleichen Verfahrens wurden weitere Versuche durchgeführt zur Bestimmung der Gemische
aus Metallalkylaten und Metalldispersionen. In der folgenden Tabelle II sind einige
untersuchte Zubereitungen angegeben.
-
Tabelle II Ver- Pre-flush Behandlungsmaterial Restpermeabilität such
Typ Volumen(ml) Typ Volu@@n(ml) in % (1) A D.O. 140 2 100 0 B - - 3 50 2 C - - 4
50 1 (1) Dieselöl (2) eine Mischung aus 33 1/3 % Calciumalkylat, 33 1/3 % Calciumdispersion
und 33 1/3 % Isopropylalkohol (3) eine Mischung aus 37,3 % Calciumdispersion, 19,5
% Calciumalkylat, 24,8 % Butyl-Cellosolve* und 18,4 % Dieselöl (4) eine Mischung
aus 28,7 % Calciumdispersion, 22 % Calciumalkylat, 28 % Butyl-Cellosolve* und 21,3
% Dieselöl * Cellosolve = cingetragenes Warenzeichen der Firma Union Carbide and
Carbon Corp. für 2-Äthoxyäthanol.
-
Die angegebenem Zubereitungen erwiesen sich alle als wirksam zur Herabsetzung
der Permeabilität.
-
Unter Anwendung des gleichen Verfahrens wurden weitere Versuche durchgeführt,
um den Einfluß auf die Härtungszeit zu untersuchen. Die einzigen Abänderungen in
dem in den obigen Beispielen beschriebenen Verfahren bestanden darin, daß die behandelten
Ballen herausgenommen (entfernt) und für den gewünschten Zeitraum bei 710G (160°F)
in einem Wasserbad gehärtet, dann wieder in die Apparatur eingeführt und in bezug
auf ihre Permeabilitäten untersucht wurden,und daß Kerne aus einer Lansing-Kansas
City-Formation verwendet wurden.
Tabelle III Ver- Pre-flush Behandlung
Härtungszeit Restpermeabilität such Typ Volumen(ml) Typ Volumen(ml) (Tage bei 71°C
in % (160° F)) A 1 15 2 25 1 0 1 15 2 25 2 0 1 15 2 25 3 0 1 15 2 25 7 0,3 B 1 15
2 25 1 0 1 15 2 25 2 0 1 15 2 25 3 0 1 15 2 25 7 0 C 1 15 2 25 1 0 1 15 2 25 3 0
1 15 2 25 21 0 D 1 15 2 25 1 0 1 15 2 25 3 0 1 15 2 25 21 0 1. Eine Mischung aus
20 % Butyl-Cellosolve und 80 % Dieselöl 2. Eine Mischung aus 34,3 % Calciumdispersion,
21,9 % Calciumalkylat, 18,5 % Butyl-Cellosolve und 25,3 % Dieselöl.
-
Es sei darauf hingewiesen, daß die Härtungszeit die Fähigkeit der
Absperrmaterialien (Verstopfungsmaterialien), die Permeabilität herabzusetzen, nicht
wesentlich verändert.
-
Zur Untersuchung des Einflusses der Verdünnung auf die Leistungsfähigkeit
der Zubereitungen wurden weitere Versucho durchgeführt. Es wurden die in der folgenden
Tabelle IV angegebenen Verdünnungen angewendet.
-
Tabelle IV Ver- Pre-flush Behandlung Restpersuch Typ Volumen(ml)
Typ Volumen(ml) meabilität in% A - - 13% Calcium.
-
(1) dispersion 50 94 B - - 31% Calcium (1) dispersion 50 84 C - -
57,5% Calcium-(1) dispersion 50 33 (2) D D.O.170 31% Calcium-(1) dispersion 50 209
E - - 16,9% Calcium-(3) alkylat 50 68 (2) F D.O. 170 16,9% Calcium-(3) alkylat 50
61 G - - 33,1% Calcium-(4) alkylat 50 34 H - - 40% Caleium-(5) alkylat 50 31 I -
- 33,1%' CalciumCG) 100 51 alkylat 100 51 (2) J D.O. 360 52,9% Magnesium-(7) alkylat
15 0 (2) K D.O. 360 27,2% Magnesium-(7) alkylat 20 0 1. Mit Dieselöl verdünnte Oalciumdispersion
2. Dieselöl 3. Eine Miachung aus 16,9 % Calciumalkylat, 50 % Isopropylalkohol und
33,1 % Dieselöl
4. Eine Mischung aus 33,1 % Calciumalkylat, 35,6
% Butyl-Cellosolve und 31,3 % Diesclöl 5. Eine Mischung aus 40 % Calciumalkylat,
29,1 % Hexylalkohol und 30,9 % Dieselöl 6. Eine Eisehung aus 33,1 % Caalciumalkylat,
35,6 % Butylalkohel und 31,3 % Dieselöl 7. Mit Hethyl-Cellosolve verdünntes Magnesiumalkylat
Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß die Permeabilität weniger vermindert wird,
wenn verdünnte Lösungen verwendet werden, so daß der Grad der Durchflußbeschränkung
gestüuert werden kann, wenn eine Gesamtabsperrung nicht erwünscht ist.
-
Es wurden weitere Versuche durchgeführt, in denen die Sandkerne durch
Fliesenproben ersetzt wurden. In der foigenden Tabelle V sind die bei diesen Versuchen
erhaltenen Ergebnisse denjenigen der früheren Versuche vergleicheud gegenübergestellt.
-
Tabelle V Ver- Pre-flush-Behandlung Behandlung Restpermeabili such
Typ Volumen(ml) Typ Volumen(ml) tät in % Okla. Fliese Nr.1- (Flag-Sand stone) A
- - 2 50 7 0 B 1 10 3 20 2,2 0,7 0 1,2 3,2 0 1. 20 % Butylcellosolve in Dieselöl
2. 57,5 %ige Calciumdispersion in Dieselöl 3. Eine Mischung aus 34,3 Vo Calciumdispersion,
21,9 S Calcimalkylat, 18,5 so Butyl-Cellosolve und 25,3 % Dieselöl.
-
Es wurden geringfügige Unterschiede zwischen den Fliesen und den Sandkernen
festgestellt.
-
Zur Bestimmung der Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Zubereitungen
in einem praktischen Feldversuch wurde ein Feldversuch durchgeführt. Dabei wurde
das nachfolgend beschriebene Verfabren angewendet, wobei di.e ebenfalls nachfolgend
angegebenen Ergebnisse erhalten wurden.
-
Es wurde ein Feldversuch in einem fertigen Bohrloch in d.er Lansing-Kansas
City-Carbonatformation in Kansas/USA durchgeführt. Bei dem Versuchsbohrloch handelte
es sich um ein Wassereinspritzbohrloch in einem Wasserflutungsfeld. Zur Verbesserung
des Einspritzprofils des Bohrloches wurden drei Zonen erfindungsgemäß eingeschränkt
(versperrt), um zu ermöglichen, daß mehr Wasser in drei andere Zonen eingespritzt
wurde, die vorher ein zu geringes Volumen an Wasser aufgenommen hatten. Bei den
interessierenden Zonen handelte es sich um die Zone A (3156-52'), die Zone B (3682-83'),
die Zone C (3692-93'), die onc D (3807-08'), die Zone E (3826-27') und die Zone
F (3847-48'), in denen das 14,0 cm (5 1/2 inches)-Gehäuse auf 30 cm (1 foot) mit
vier Durchbohrungen perforiert war. Das Gehäuse wurde bis unmittelbar unterhalb
der Zone C gefüllt und zwischen die Zonen A und B wurde eine Stopfbüchsenpackung
(packer) eingesetzt, wodurch die Zonen B und C gegeneinander isoliert wurden. An
der Oberflache wurde ein Wasser/Absperrmaterial-Gemisch hergestellt, das aus 34,4
% Calciumdispcrsion, 21,9 Vo Calciumalkylat, 18,57 ,ó Butylcellosolve und 25,3 %
Dieselöl, jeweils bezogen auf das Gewicht, bestand. In die Formation wurden 0,477
m3 (3 bbls) Dieselöl und dann 0,318 m' (2 bbls) einer Lösung aus 80 Vol.-% Dieselöl
und 20 Vol.-% Butyl-Cellosolve, 0,318 m3 (2 bbls) einer Wasser/Absperrmaterial-Mischung
und 0,637 m3 (4 bbls) Dieselöl eingepumpt und durch Wasser verdrängt. Beim Einspritzen
des Materials mit einer Geschwindigkeit von 64,4 1 (17 gallons) pro Minute stieg
der Oberflächendruck von 7 kg/cm2 (100 psi) auf 31,6 kg/cm2 (450 psi) an, was anzeigte,
daß eine Absperrung (Verstopfung) der Formation auftrat.
-
Die Einspritzversuche in die Zonen B und C vor der oben angegebenen
Behandlung zeigten, daß diese Zonen Wasser in einer Menge von 0,055 m3 (0,344 bbls)
pro Tag pro 0,07 kg/cm2 (1 psi) aufnehmen konnten. Einspritzversuche nach der Behandlung
zeigten, daß in die Zone B 0,0084 m3 (0,0525 bbls) pro Tag pro 0,07 kg/cm2 (1 psi)
eingespritzt werden konnten und daß die Zone C vollständig versperrt war.
-
Der Sand wurde aus dem Gehäuse herausgewaschen bis auf unmittelbar
unterhalb der Zone D und die Stopfbüchsenpaokung wurde unmittelbar oberhalb der
Zone D eingesetzt. Diese Zone war bekannt dafür, daß sie Risse aufwies und 100 %
des Wassers aufgenommen hatte, das in die unteren drei Zonen eingespritzt worden
war. Die Zone D wurde mit Oklahoma I.Tr. 1-Sand gefüllt.
-
In die Zone wurden 0,0795 m3 (0,5 bl) Dieselöl, dann 0,953 m3 (6 bbls)
der vorstehend beschriebenen Wasser/Absperrmaterial-Mischung, weitere 0,0795 m3
(0,5 bbl) Dieselöl eingespritzt und durch Wasser verdrängt. Ein vorher durchgeführter
Einspritzversuch in der Zone D zeigte, daß sie Wasser in einer 3 2 Menge von 0,075
m3 (0,471 bbl) pro Tag pro 0,07 kg/cm@ (1 psi) aufnahm. Nach der Behandlung kounten
noch 0,0266 m3 (0,168 bbl) pro Tag pro 0,07 kg/cm2 (1 psi) eingespritzt werden.
-
Dieses Bohrloch wurde zurückgeführt auf die Einspritzung, wobei zwischen
die Zonen C und D eine Stopfbüchsenpackung eingesetzt wurde. In die oberen Zonen
wurde eine Einspritzung unterhalb des Ringes durchgeführt, während die Einspritzung
in die unteren Zonen vriterhalb des Rohres durchgeführt wurde. Vor der Wasserabsperrung
wurden sowohl in die oberen als auch in die unteren Zonen etwa 47,8 m3 (300 bbls)
pro Tag eingespritzt, ohne daß irgendein Oberflächendruck auftrat. Nach der Behandlung
war bei einer Einspritzungsrate von 36,8 m3 (232 bbls) pro Tag in die oberen Zonen
ein Oberflächendruck von 15,5 kg/cm2 (220 psi) erforderlich, während der für eine
Einspritzungsrate
von 47,4 m3 (298 bbls) pro Tag im die unteren Zonen erforderliche Oberflächendruck
19,0 kg/cm2 (270 psi) betrug.
-
Zur Untersuchung von Methoden zur Entfernung der in den Poren von
Formationen abgelagerten Zubereitungen und zur Erläuterung des Unterschiedes der
Absperrung in öl@ülirenden (oil-wet) Formationen im Gegensatz zu wasserführenden
(water-wet) Formationen wurden weitere Varsuche durchgeführt.
-
Tabelle VI Ver- Pre-flush Behandlungsmaterialien Restpermeabisuch*
Typ Volunen(ml) Typ Volumen(ml) lität in % A 1 10 2 10 22 5 % HCl 50 B 1 10 2 20
0 15 % HCl 50 1126 C 3 5 2 20 1,05 D 3 5 2 . 20 3,58 E 3 20 2 20 12,76 F 3 20 2
20 40,45 G - 4 50 67 H 3 170 4 50 122 * In dem Versuchen A und B wurden Carbonatkerne
verwendet, im den Versuchen C, D, E und F wurden Sandkerne verwendet und in den
Versuchen G und H wurden Fliesenkerne verwendet.
-
1. 20 % Butyl-Cellosolve in Dieselöl 2. Eine Mischung aus 34,3 04
Calciumdispersion, 21,9 % Calciumalkylat 3. 18,5 % Butyl-Cellosolve und 35,3 % Dieselöl
4. 25 %ige Calciumdispersion in Dieselöl In den Versuchen C, D und G wurden mit
Wasser befeuchtete Sand
kerne verwendet, während in den Versuchen
E, F und H mit Öl gesättigte Sandkerne verwendet wurden. Die vorstehend wiedergegebenen
Ergebnisse zeigen, daß die Permeabilität in den mit Wasser befeuchteten Sandkernen
wesentlich stärker herabgesetzt wurde. e Kerne aus den Versuchen A und R wurden,
wie angegeben, mit einer Säure behandelt. Die Ergebnisse zeigen, daß das Material
auch mit einer verdünnten Säure leicht entfernt werden konnte. Die erhöhte Permeabilität
ist wahrscheinlich ein Ergebnis der Säurereaktion mit den Carbonatkernen.
-
Wie die obigen Versuche gezeigt haben, stellen die erfindungsgemäßen
Zubereitungen wertvolle Materialien zum Abstellen und Modifizieren von Wasserströmen
in unterirdischen Formationen dar, ohne daß dabei der Öldurchfluß im benachbarten
Formationen wesentlich beeinflußt wird. Die Modifikationen sind gewünschtenfalls
verhältnismäßig dauerhaft, können jedoch erforderlichenfalls durch Säurebehandlung
oder dgl. leicht entfernt werden.
-
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in wasserfübrenden Formationen
der Wasserdurchfluß versperrt oder modifiziert werden durch einfaches Einspritzen
des Materials in das Bohrloch, ohne daß es erforderlich ist, dem genauen Ort der
wasserführenden Format-ion oder die jeweiligen Parameter der Forkationen, wie die
Porosität, die Permeabilität und dgl., auf zum finden.
-
Patentansprüche: