DE2440722A1 - Rissbildungsfluid - Google Patents

Description

• Rißbildungsfluid Die vorliegende Erfindung betrifft die hydraulche Rißbildung untertägiger, Fluide enthaltender Formationen.
• Unter hydraulischer Rißbildung wird ein Verfahren verstanden, bei welchem ein Fluid durch eine Bohrung, die mit einem untertägigen Reservoir in Verbindung steht, unter genügend hohem Druck gepumpt wird, um den Gleichgewichtszustand der Deckschicht zu überwinden vud den Felgen oder das Mineral, wclche die Matrix der untertägigen Formation bilden, zu spalten oder zu sprengen. Wenn der Drück größer wird, wird die Reservoirmåtrix aufgespreizt und beginnt zu reißen und zu spaltern, was durch das in die Formation eingepumpte Fluid verstärkt wird.
• Ein brauchbares Rißbildungsfluid muß einige charakteristische Eigenschaften aufweisen.
• 1) Das Fluid muß von genügend niedriger Viskosität sein, um leicht von der Oberflächenausrüstung herpumpt werden zu können.
• 2) Das Fluid muß genügend viskos sein, um ein Stütz- oder Proppingmittel, wie beisielsweise Sand, während des Durchpumpens durch die Bohrung in Suspension zu halten.
• Gleichzeitig muß es in der Lage sein, eine Ablagerung des Proppingmittels in den in der Formation ausgebildeten Spalten zu ermöglichen.
• 3) Das Fluid muß mit einem minimalen Verlust an die Poren in die in der Formation ausgebildeten Risse oder Spalten fließen.
• 4) Das Fluid darf die Poren der Formation nicht dauernd verstopfen, damit die Formationskapazität zur Gewinnung von Bluiden nich-t zerstört wird.
• Das Basisfluid vieler Rißbilditngsfluide besteht entweder aus einem wässrigen Plui.d, einem Kohlenwasserstoff-Fluid oder einer Mischung derselben. Einige dieser Fluide besitzen sogar ohne Zusatz von Additiven die gewünschten Eigenschaften, so daß sie unter bestimmten Bedingu.n.gen als Rißbildungsfluide eingesetzt werden können. Häufig tritt jedoch der Fall ein, daß diese Fluide eine ziemlich niedrige Viskosität aufweisen und nicht in der Lage sind, das Proppingmaterial bei normalen Pumpschwierigkeiten in Suspension zu halten.
• Deshalb wurden sehr hohe Pumpgeschwindigkeiten benötigt, welche häufig aber mit der verfügbaren-Ausrüstung unmöglich zu erzielen sind. Dies ist insbesondere der Fall, wenn durch eine Verrohrung oder eine Verkleidung mit kleinem Durchmesser gepumpt werden soll. Solche Verrohrungen und Verkleidungen sind in verschiedensten Bohrlöchern vorhanden, wie beispielsweise die permanente zur Förderung fertiggestellte Bohrung, in welcher der Rohrteil dauernd in der Bohrung, mit seinem unteren Bereich oberhalb des Bodens der Bohrung angeordnet, verbleibt. Somit benötigen die meisten Rißbildungsfluide den Zusatz eines oder mehrerer Mittel, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
• Zusätzlich zum. Suspendieren eines Proppingmaterials, wie z.
• B. Sand, während des Durchpumpens durch die Bohrung muß das Rißbildungsflui.d den Sand auch in den Brüchen der Formation ablagern, um diese Brüche offen zu halten. Allgemein gilt, je höher die Viskosität des Rißbildungsfluid ist, umso besser eigll»1; es sich zur Sandsuspendlerung. Die höhervisliosen Rißbildungsfluide neigen zur Sandsuspendierung, wenn sie in die Bohrung gepumpt werden. Der Grund für das Suspendieren des Sandes liegt darin, ein Absetzen desselben auf dem Boden des Bruches zu verhüten. Weiter verhindert ein gut suspendierter Sand das Überbrücken des Bruches. Kann das Überbrücken oder Absetzen vermieden werden, wird ein längerer Bruch erhalten und sich eine bessere Stützung des Bruchs erzielen lassen.
• Aufgabe dieser Erfindung ist somit die Herstellung eines Rißbildungsfluids, welches eine genügend hohe Viskosität aufweist, um wirkungsvoll arbeiten zu können; welche sich wie ein pseudoplastisches Material verhält und dessen Viskosität mit zuneknenden Schergeschwindigkeiten abnimmt, was dazu führt, daß die Viskosität in der Nähe des Bohrloches geringfügig abfällt, so daß höhere Injektionsgeschwindigkeiten erhalten werden können; und welche durch extrem hohe Schergeschwindigkeiten, wie sie bei hydraulischen Rißbildungsverfahren auftreten, nicht dauernd abgebaut wird.
• Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren, in welchem ein neues Fluid durch ein Bohrloch in eine untertägige, Fluide enthaltende Formation unter Drucken, welche zu einem Brechen der Formation führen, gepumpt wird. Das neue Rißbildungsfluid kann eine wässrige Basis, eine Kohlenwasserstoffbasis oder eine Mischung der beiden aufweisen. Das Fluid enthalt einen aus amorphem, kolloidalem SiO2 bestehenden Verdicker.
• Das Rißbildungsfluid besteht aus einem mit kolloidalem SiO2 angedickten Fluid. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform besteht das Rißbildungsfluid aus einer innigen Mischung von Wasser, einem Kohlenwasserstoff und kolloidalem SiO2.
• Eine oberflächenaktive und/oder eine polare mehrfunlrtionelle Verbindung kann zugesetzt werden, um die Viskosität des Fluids einzustellen.
• In einer weiteren typischen Ausführungsform-besteht das Rißbildungsfluid aus einer innigen Mischung von Wasser und kolloidalem SiO2, so daß die Dispersion'von kolloidalem SiO2 und Wasser stabil ist und sich nicht in unterschiedliche Phasen trennt.
• In einzel anderen typischen Ausführungsform besteht das Rißbildungsfluid aus einer innigen Mischung eines Kohlenwasserstoffs und kolloidalem SiO2.
• Wird Wasser eingesetzt, kann es frisch sein oder mit Mineralsalzen beladen, wie beispielsweise Salzwasser aus der Nachbarschaft einer ölführenden Zone einer untertägigen Formation.
• Das gewählte Wasser sollte mit der Formation, in welche es injiziert wird, verträglich sein, so daß beispielsweise schädliches Quellen nicht auftritt.
• Wenn ein Kohlenwasserstoff verwendet wird, kann es jeder flüssige Kohlenwasserstoff aus einem Ölfeld sein. Beispiele für geeignete Kohlenwasserstoffe sind Aromaten, wie Benzol und Toluol, und Aliphaten, wie SPG, Propan, Butan, Isobutan, Pentan, Isopentan oder Hexan. Auch Rohöl kann verwendet werden, ebenso jede Mischung geeigneter und vorhandener Kohlenwasserstoffe.
• Das verwendete kolloidale SiO2 unterscheidet sich von gefälltem SiO2, Silicagel oder SiO2-Mehl. Das in der Erfindung verwendete SiO2 ist ein abgerauchtes SiO2, ein amorphes Material, welches aus gesinterten, kettenähnlichen Einheiten aufgebaut ist. Diese Ketten sind verzweigt und haben sehr 2 große Oberflächen von etwa 50 bis 400 m2/Gramm. Jedes Kettensegment weist viele OH-Gruppen auf, welche an Si-Atomen an der Oberfläche gebunden sind. Wenn diese Segmente sich einander nähern, tritt Wasserstoffbrückenbindung der OH-Gruppen unter Ausbildung eines dreidimensionalen Netzwerkes ein.
• Nicht alle kolloidalen Silos typen sind erfindungsgemäß brauchbar. So ist beispielsweise fein gemahlener Sand, ein kristallines Material, wie SiO2-Mehl, nicht brauchbar.
• Das verwendbare kolloidale SiO2 sollte eine Teilchengröße von etwa 7 bis 15 mF haben. In diesem Kolloidteilchenbereich kann das SiO2 sogar in sehr kleine Poren eines Reservoirs eintreten und wird dieselben nicht verstopfen. Ein Reservoir mit einer sehr niedrigen Permeabilität von beispielsweise 0,16 md weist eine entsprechend geringe Porengröße von 25 bis 100 mu auf. Das erfindungsgemäß verwendbare kolloidale SiO2 wird sogar noch die kleinsten Poren von Kohlenwasserstoffreservoirs passieren und nicht zum Verstopfen dieser Reservoirs neigen, wenn diese nach der erfolgten Rißbildung wieder auf Förderung umgestellt werden.
• Kolloidales SiO2 ist leicht zugänglich. Eine Quelle ist beispielsweise das Produkt CAB-O-SIS der Cabot Corp. of Boston, Mass..
• Werden die SiO2-Teilchen in einem flüssigen Medium dispergiert, verhindert das durch die Teilchen ausgebildete Netzwerk eine Molekülbewegung im Medium, was zu einem Viskositätsanstieg des Mediums führt. Die Eindickwirksamkeit des SiO2 steht in direkter Beziehung zur Polarität der-einzudickenden Flüssigkeit. Der Einsatz ausgewählter Additive (oberflächenaktive Stoffe und/oder mehrfunktionelle Verbindungen) kann die EindicTaril7ksamkeit des SiO2 erhöhen. Im Fall der erwähnten Kohlenwasserstoffe reagieren diese Additive mit der Grenzfläche zwischen dem SiO2 und dem Lösungsmittel und steigern das Ausmaß der Netzwerkbildung. Dies erlaubt den Einsatz von weniger SiO2, um eine äquivalente Eindickung des Lösungsmittels zu erzielen. Gewöhnlich bewirken weniger als 0,5 Gew.-% Additiv (bezogen auf das Gesamtgewicht einzudickender Flüssigkeit) eine merkliche Viskositätserhöhung.
• Bei Flüssigkeiten mit hoher Polarität, wie beispielsweise Wasser, Aldehyde, Ketone, e. t. c., kationische und nichtionische oberflächenaktive Stoffe, z. B. Oleoyl, Trimethylendiamin oder Nonylpolyäthoxyäthanole, können starke Viskositätserhöhungen eintreten. Niederpolare oder unpolare Flüssigkeiten, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, werden mit einem anionischen oberflächenaktiven Stoff, z. B. linearem Na-Alkylatsulfonat, und mehrfunktionellen Verbindungen, z. B. Äthylenglykol, eingedickt. In Abhängigkeit vom System kann eine starke Viskositätsveränderung durch Einsatz zweier Additive, z. B. einem nichtionischen und einem kationischen oberflächenaktiven Stoff, eintreten.
• Die erwähnten mehrfunktionellen Verbindungen enthalten eine Vielzahl von der Wasserstoffbrückenbindung zugänglichen Gruppen. Beispiele sind Aminäthylenglykol, Glycerin oder Propylenglykol. Die Herstellung des Rißbildungsfluids erfolgt durch Mischen und wird folgendermaßen durchgeführt: 200 ml Hexan wurden in einen Waring-Mischer eingemessen und 4 Gramm kolloidales SiO2 bei niedriger Nischergeschwindigkeit zugegeben. 1 Minute Mischen bei 16 000 Upm ergab ein weiches Gel. Sodann wurden 3 ml eines nichtionischen, oberflächenaktiven Stoffes, 3 ml Glycerin und 20 ml H20 zugesetzt. Es bildete sich ein steifes Gel. Das so gebildete Gel ist stabil und kann zur Bohrung transportiert werden, solange keine Verdunstung von Hexan und Wasser eintritt. Mindestens 1000 ml Hexan und 210 ml H20 werden dem steifen Gel zugesetzt, um die Viskosität zu senken, damit die Mischung als Rißbildungsfluid verwendet werden kann. Das so hergestellte Material war über 1 Jahr eine stabile Flüssigkeit mit etwa 160 cP.
• Weitere Additive können notwendig sein bei der Herstellung eines brauchbaren Rißbildungsfluids. Beispielsweise kann ein Filtrieradditiv notwendig sein. Filtrierverlustmittel verhindern, daß die Rißbildungsfluide die Formation durchdringen, wodurch die mit Stützmitteln beladenen Fluide im Bruch gehalten werden. Hierdurch wird weniger Flüssigkeit für die Durchführung der Rißbildung benötigt. Typische Filtrierverlustmittel sind Kalk, Talkum, Guargummi, Kohlenwasserstoffo harze oder SiO2-Mehl. Als bekannte Stützmittel sind beispielsweise Sand, Walnußschalen, Glas oder andere bekannte Mittel brauchbar..
• Eine ölführende Formation, hauptsächlich aus Kalkstein bestehend, mit einer guten Porosität (etwa 25 %) enthielt eine große Ölmenge (etwa 60 % des Porenvolumens), wies einen entsprechenden Reservoirdruck (etwa 49,2 kg/cm²) auf, hatte aber eine sehr niedrige Permeabilität (weniger als 1 md). Die Formation war in einer Tiefe von 457 m und die Förderung betrug weniger als 0,795 m3 Öl/Dag. Die Formation war etwa 30,5 m stark. Die Formation wurde in 6 Stufen gespalten unter Einsatz üblicher Techniken zum Verteilen des Rißbildungsfluids in jeden Perforationssatz. Das Fluid hatte die oben erwähnte Zusammensetzung mit einer Viskosität von etwa 160 cP, was eine Sandkonzentration von 718,8 kg/m3 ermöglicht. Die Formation wurde mit diesem Fluid und dem Sand (insgesamt 57 078 kg) gespalten. Die Korngröße des Sandes betrug: 45 359 kg 20 - 40 mesh 11 719 kg 10 - 12 mesh Die Bohrung wurde auf Förderung umgestellt und es ergaben sich 6,4 - 7,5 m3 Öl/Tag.

Claims (2)

P a't e n t a n s p r c h e

1.) Rißbildungsfluid für die Produktivitätserhöhung einer untertägigen Formation, welche von einer Bohrung durchteuft ist, durch welche das Fluid in die Formation gedrückt und der Druck auf das Fluid gesteigert wird, um das Formationsgestein unter Ausbildung eines Bruches zu spalten, gekennzeichnet durch eine angedickte Mischung von Wasser und/oder einem Kohlenwasserstoff, kolloidalem SiO2 und ggf. Additiven.

2.) Fluid nach Anspruch 1, als Additiv eine oberflächenaktive Substanz undloder eine polare, mehrfunktionelle Verbindung enthaltend.