DE2809136C2

DE2809136C2 - Verfahren zur Gewinnung von Erdöl aus einer unterirdischen Lagerstätte unter Verwendung einer wäßrigen Polysaccharidlösung

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Publication number: DE2809136C2
Application number: DE19782809136
Authority: DE
Inventors: Walter Harrison Houston Tex. Carter; Charles Arles Stafford Tex. Christopher; Thomas Houston Tex. Jefferson
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1978-03-03
Filing date: 1978-03-03
Publication date: 1986-06-26
Also published as: DE2809136A1

Description

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Erdölgewin-

uie Erfindung betrifft ein Verfahren zur
nung aus einer unterirdischen Lagerstätte durch Wasserflutung unter Steigerung des Avsspülwirkungsgrades vermittels einer wäßrigen Poiysaccharidlösung, die das Polysaccharid B-1459 enthält, und '--Uer Einsatz harten Wassers, wobei die wäßrige Lösung in die Lagerstätte gedrückt und öl gewonnen wird.

Die Anwendung des Wasserflutens zur Ölförderung aus unterirdischen Lagerstätten ist bekannt. Beim typischen Wasserfluten wird eine wäßrige Flüssigkeit, wie z. B. Wasser, in eine Lagerstätte injiziert, um das in der Lagerstätte befindliche Öl zu einem oder mehreren Produktionsbohrungen zu treiben, durch die es dann zu" Erdoberfläche gefördert wird. Leider neigt das injizierte Wasser dazu, sich in Kanälen innerhalb bestimmter Lagerstättenbereiche auszubreiten, während andere Lagerstättenbereiche nicht vom Wasser erreicht werden. Diese Unfähigkeit des Wassers zur gleichmäßigen und vollständigen »Ausspülung« größerer Bereiche innerhalb der Lagerstätte beeinträchtigt sehr stark den Gesamtgewinnungsgrad solcher Gewinnungsverfahren.

Frühere Versuchssrgebnisse haben gezeigt, daß ein niedriger Ausspülwirkungsgrad auf mehrere Faktoren zurückzuführen ist. Einer dieser Faktoren ist die natürliche Neigung einer Flüssigkeit, den Weg des geringsten Widerstands zu wählen. Dementsprechend durchsetzt das Wasser die hochdurchlässigen Bereiche der Lagerstätte leichter als weniger durchlässige Bereiche. Ein weiterer Faktor ist der Unterschied in der Beweglichkeit von injiziertem Wasser und von in der Lagerstätte vorhandenem ÖL In beiden Fällen läßt sich der Ausspülwirkungsgrad einer Wasserflutung dadurch verbessern, daß die Viskosität des injizierten Wassers erhöht wird.

Nach bekannten Verfahren zur Viskositätssteigerung des Flutwassers werden dem Wasser wasserlösliche Verdickungszusätze beigegeben. Zu diesem Zweck vorgeschlagene Zusatzmittel umfassen eine große Vielzahl sehr unterschiedlicher Stoffe wie natürliche Harze. Zukker und Polymerisate. Zu den erfolgversprechenden Verdickungszusätzen rechnen ionische Polysaccharide, insbesondere solche, die mittels Bakterien der Gattung Xanthomonas hergestellt worden sind und gewöhnlich als Polysaccharid B-1459 bezeichnet werden.

In Forschung und Praxis hat sich gezeigt daß eine Poiysaccharidlösung mit Wasser, das einen hohen Gehalt an anorganischen Ionen aufweist hergestellt werden kann. Da der größte Teil des in einem ölfeld vorhandenen Wassers aus einer Salzlösung besteht die eine beträchtliche Menge anorganischer Ionen enthält wird das Polysaccharid am einfachsten unmittelbar der für den Gewinnungsvorgang verwendeten Salzlösung zugesetzt Hierdurch wird eine wäßrig-viskose Lösung bereitgestellt Die Viskosität ist jedoch nicht immer so ■Lioch wie gewünscht und eine Erhöhung der Viskosität durch Steigerung der Polysaccharidmenge führt natürlich zu höheren Verfahrenskosten.

So werden in Beispiel 1 der US-Patentschrift 39 08 760 unter Einsatz harten Wassers Polysaccharid-Iösungen, die das Polysaccharid B-1459 enthalten, hergestellt diese erhitzt sodann mit dem gleichen harten Wasser verdünnt wäßrige Lösungen von Geliermitteln hinzugefügt und die erhaltenen viskosen Lösungen zum Fluten eingesetzt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Kostensteigerung durch Injizieren einer wäßrigen Poiysaccharidlösung mit weoentüch gesteigerter Viskosität ein Verfahren zur ölgewinnung mit erhöhtem Ausspülwirkungsgrad bereitzustellen.

Diese Aufgabe wrd erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Polysaccharid B-1459 in Frischwasser vorhydratisiert und diese vorhydratisierte Lösung mit hartem Wasser vermischt eingesetzt wird.

Dadurch läßt sich die Viskosität der wäßrigen PoIysaccharid/Salzlösung ohne Einsatz von zusätzlichem Poiysaccharid oder sonstigen Verdickungsmitieln wesentlich steigern.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellien Ai.rführungsbeispielc näher erläutert:

Fig. 1 veranschaulicht die Durchführung der Erfindung mit Salzwasser vom Manvel-Typ:

Fig. 2 veranschaulicht die Durchführung der Erfindung mit Salzwasser vom Walpole-Typ und

Fig. 3 demonstriert die durch die Erfindung erzielte Verbesserung in Abhängigkeit der Hydratisierung von Salzlösungen verschiedener Prozentgehalte.

Gemäß der Erfindung wird eine wäßrige Poiysaccharidlösung eingesetzt, die gegenüber den vermittels bekannten Verfahren hergestellten wäßrigen Polysaccharidlösungen eine höhere Viskosität aufweist. Der kritische Verfahrensschritt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht in der Vorhydratisierung des Polysaccharide mit vergleichsweise frischem Wasser. Überraschenderweise wurde gefunden, daß eine Poiysaccharidlösung vermittels dieses Vorhydratisicrungsschriits in Frischwasser eine höhere Viskosität annimmt, und diese unabhängig davon ist, ob die Poiysaccharidlösung anschließend mit verhältnismäßig hartem Wasser oder mit weiterem weichem Wasser vermischt wird.

Das zur Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens erforderliche Polysaccharid ist das nachstehend angegebene Polysaccharid B-1459. Überraschend ist, daß andere Polysaccharide und andere bekannte Polymerisate, wie z. B. Polyacrylamid, bei Hydratisierung mit verhältnismäßig frischem Wasser keine Viskosiiiiisverbesserung zeigen.

Entsprechend der Erfindung wird eine in vorstehender Weise hergestellte Lösung für ein neues und verbessertes Verfahren zur Ölgewinnung aus einer unterirdischen Lagerstätte eingesetzt, wobei in Abständen voneinander Injektions- und Produktionsbohrungen niedergebracht sind, die gemeinsam eine Gewinnungszone bilden. Wie für den Fachmann verständlich, wird in diesem Zusammenhang mit dem Ausdruck »Gewinnungszone« derjenige Bereich der Lagerstätte bezeichnet, in welchem Öl von Injektionsbohrungen zu Produktionsbohrungen hin verdrängt wird, wobei dieser Bereich eine oder mehrere von der Erdoberfläche ausgehende und in die Gevvinnungszone niedergebrachte Tiefbohrungen umfassen kann. Die Tiefbohrungen können dabei in beliebiger gegenseitiger Zuordnung und in beliebigen gegenseitigen Abständen angeordnet sein. So kann beispielsweise das sogenannte »Reibenflutmuster« (»Line Flood Pattern«) angewandt werden, bei dem die Injektions- und Produktionsbohrungen in allgemein parallel zueinander verlaufenden Reihen angeordnet sind. Bei anderen Anordnungen wiederum ist eine mittige Injektionsbohrung von mehreren Produfctionsbohnmgen umgeben. Dabei kann es sich um ein Fünf-Pu'-.kt-, Sieben-Punkt-, Neun-Punkt- od. dgL Muster handeln.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur ölgewinnung aus einer Gewinnungszone vermittels Wasserflulung wird die wäßrige Flutflüssigkeit durch Zugabe des ionischen Polysaccharid B-1459 verdickt, das vermittels Bakterien der Gattung Xanthomonas hergestellt worden ist. Dieses Polysaccharid B-1459 enthält d-Glukose, d-Mannose una d-Glucuronsäuregruppen im Verhältnis von 2,8 :3,0:2,0. Außerdem enthält es etwa 3 bis 35 Gew.-% Pyruvinsäure und etwa 4,7 Gew.-% Essigsäure. Die Essigsäure liegt als O-Acetylester vor, während die Pyruvinsäure durch eine Ketalbindung gebunden ist. Das Polysaccharid B-1459 wird erzeugt durch Kultivierung von Bacterium Xanthomonas campestris NRRL B-1459 (United States Department of Agriculture) auf einem gut belüfteten Medium mit einem pH-Wert von etwa 7, das handelsübliche Glucose, organische Stickstoffquellen, Jikaliumhydrogenphosphat und entsprechende Spurenelemente enthält. Die bevorzugte Fermentationstemperatur bei der Kultivierung beträgt etwa 28°C Die Fermentationsreaktion ist in etwa 96 Stunden oder in etwas kürzerer Zeit abgeschlossen. Bakterien/eilen und suspendierte Verunreinigungen werden aus dem Fennentationsprodukt nach Einstellen des pH-Weries auf 5 bis 6 durch Zentrifugierung ausgeschieden. Das Polysaccharid B-1459 wird aus dem zentrifugiertem Fermentationsprodukt durch Zugabe von Salz und eines niedermolekularen Alkohols ausgefällt.

Das Polysaccharid B-1459 stellt heutzutage bereits ein Standaruprodukt dar. Sein Molekulargewicht wird auf einen Wert in Millionenhöhe geschätzt. Dieses Polysaccharid ist im Hanrlel erhältlich.

Die hier verwendeten Ausdrücke »Frischwasser« und »hartes Wasser« dienen zur vereinfachten Beschreibung der Erfindung. Die Definition dieser Ausdrücke hangt von den jeweiligen Umständen ab. Entsprechend der Erfindung wird Polysaccharid B-1459 zunächst in frischem Wasser vorhydratisiert, dann wird dieses vorhydratisierte Produkt mit hartem Wasser vermischt und eine Polysaccharidlösung erhalten, die im Vergleich zu einer anfänglich bereits in hartem Wasser hydratisieren Polysaccharidlösung eine höhere Viskosität aufweist. Laborversuche (siehe Beispiel VIII) haben gezeigt, daß dieses Verfahren die besten Ergebnisse liefert, wenn der Vorhydratisierungsschriti ;nit Frischwasser erfolgt, das weniger als etwa insgesamt 15 000 anorganische Ionen (Kationen und Anionen) einschließlich ein- und zweiwertiger Ionen wie z. B. typischerweise Na⁺Xa⁺ * und/ oder Mg^{+ +} pro m³ enthält. Entionisiertes Wasser enthält keine nennenswerten Mengen an anorganischen Ionen. Hartes Wasser enthält derartige anorganische Ionen in wesentlich höherer Menge als Frischwasser, so z. B. in einer Menge von etwa 20 000 g/m³.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die mit Frischwasser vorhydratisierte Lösung aus Polysaccharid B-1459 leichter in poröse Medien wie z. B. die Matrix einer unterirdischen Kohlenwasserstoff-Lagerstätte eindringt als eine ursprünglich mit Salzlösung hydratisierte Polysaccharidlösung, die in vielen Fällen das poröse Medium verstopft.

Die nachstehenden Versuchsbeispiele zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren den Polysaccharidlösungen eine höhere Viskosität verleiht. Außerdem ist aus diesen Beispielen ersichtlich, daß die Anwendung des gleichen Verfahrens auf andere Polysaccharide und auf Polyacrylamidlösungen keine Viskos'*^tsverbesserung bringt.

Beispiel I

Dieses Beispiel dient zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Lösungen aus 1,0 kg/m³ Polysaccharid B-1459 wurden nach zwei unterschiedlichen Verfahren in Manvel-Salzlösung hergestellt. Das erste Verfahren bestand darin, die Polysaccharide unmittelbar in Manvel-Salzlösung zu hydratisieren. Beim zweiten Verfahren wurden die Polysaccharide in entionisiertem Wasser vorhydratisiert und dann die Lösung mit Manvel-Salzlösung verdünnt

Beim ersten Verfahren wurden 500 cm^} Manvel-Salzlösung mit 0,5 g Polysaccharid versetzt, und das Gemisch dann etwa 30 Minuten lang in einer Waring-Mischvorrichtung gerührt. Das Viskositätsprofil der dadurch erhaltenen Lösung ist in F i g. 1 darges'ellt.

Beim zweiten Verfahren wurden 5,0 g Polysaccharid in 500 cm³ entionisiertem Wasser vorhydratisiert.. Eine Men je von 50 g wurde mit 450 cm³ Manvel-Salzlösung verdünnt, die etwa 106 000 g/m³ an insgesamt gelösten anorganischen Ionen einschließlich 38 900 g/m³ Na⁺, 1810g/m³ Ca⁺* und 612 g/m³ Mg⁺⁺ enthielt, und in einen Behälter eingeführt. Dieser Behälter wurde 25mal geschüttelt, um die Wirkung einer zwischengeschalteten statischen Mischvorrichtung zu simulieren. Das Viskositätsprofil der erhaltenen Lösung ist ebenfalls in F i g. 1 dargestellt.

Aus F i g. 1 ist zu ersehen, daß nach beiden Verfahren homogene Lösungen erhalten wurden, die keine PoIysaccharidkonglomeratteilchen enthielten. Die höchste Viskosi'ä'. wurde jedoch mildem in entionisiertem Wasser vorhydratisierten Polysaccharid (zweites Verfahren) erhalten.

Beispiel Il

Bei diesem Verfuhren wurde Polysaccharid B-1459 schließlich i.i eine Walpole-Salzlösung eingebracht. Walpole-Salzlösung weist die folgenden Mengen an gelösten anorganischen Ionen auf: 38 157 g/m³ Na⁺, 4700 g/m³ Ca⁺⁺ und 1480 g/m³ Mg⁺⁺, bei einer Gesamtmenge an insgesamt gelösten anorganischen Ionen von etwa 116 000 g/m-*. Zur Herstellung von Polysaccharidlösungen aus 1000 g/m³ und 500 g/m ⁱ Polysaccharid wurden zwei Verfahren angewandt.

Das erste Verfahren bestand darin. 0,6 g und 3.0 g Polysaccharid jeweils zwei 600 ml umfassenden Walpoie-Salzlösungen zuzugeben, und das Ganze dann jeweils in einer Waring-Mischvorrichtung zu rühren. Beim zweiten Verfahren wurden 5.0 g Polysaccharid in 500 cm¹ entionisiertem Wasser vorhydratisiert. Eine Menge von jeweils 20 bzw. 40 g wurde mit 380 bzw. 360 cm¹ Walpole-Salzlösung verdünnt und in einen Behälter gegeben. Dieser Behälter wurde 25mal geschüttelt, um die Wirkung einer statischen Mischvorrichtung zu simulieren. Die Lösungsviskositäten sind in Fig. 2 dargestellt. Bei beiden Verfahren wurden homogene Lösungen erhalten. Die Vorhydratisierung von Polysaccharid mit entionisiertem Wasser (zweites Verfahren) ist jedoch offensichtlich das bessere Verfahren zur Erzielung der höchsten Viskosität in der endgültigen wäDrigcn ^csur.g.

Beispiel III

Dieses Beispiel dient zur Veranschaulichung der Auswirkungen verschiedener Salzkonzentrationen auf die Viskositäten von Lösungen aus Polysaccharid B-1459, die in entionisiertem Wasser vorhydratisiert bzw. in hohe Konzentrationen an anorganischen Ionen enthaltendem hartem Wasser ursprünglich hydratisiert worden sind. Die reine Salzlösung wie in diesem Beispiel enthält etwa 203 000 g/m' an gelösten anorganischen Ionen, einschließlich etwa 68 000 g/m¹ Na*. 9120 g/m¹ Ca** und 139OgZm¹ Mg* *. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ergeben sich für mit entionisiertem Wasser vorhydratisiertes Polysaccharid höhere Viskositätswerte als für unmittelbar in verschiedenen Salzlösungen unterschiedlicher Konzentration hydratisiertes Polysaccharid.

Beispiel IV

Dieses Beispiel veranschaulicht, daß das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf Polyacrylamidpolymerisat anwendbar ist. Bei diesem Versuch wurden Lösungen von Polyacrylamid in entionisiertem und in Frischwasser, sowie in Salzlösung mit einer hohen Konzentration an anorganischen Ionen hergestellt. Nach Darstellung dieser Lösungen wurden die Viskositäten gemessen und aufgezeichnet. In Tabelle I sind die Ergebnisse dieser Versuche dargestellt.

Das entionisierte Wasser enthielt keine nennenswerten Mengen an anorganischen Salzen. Das Frischwasser enthielt 50OgZm¹ NaCl und 40OgZm¹ CaCl₂ · 2 H₂O. Die Sai7!ösung enthielt 100 g/m¹ NaCl und !5 000 g/m¹ CaCI: ■ 2 H₂O.

Tabelle I

Viskosität
(Einheiten)

Beispiel V

Zwei nicht dem Typ B-1459 entsprechende andere

Polysaccharide wurden in entionisiertem Wiisscr vorhydratisiert und dann mit (hartem) Salzlösungswasser vermischt. Die verwendeten Polysaccharide Guar-gum und Hydroxyethylcellulose zeigten keine Viskositätssteigerung im Vergleich zu anderen Lösungen dieser Stoffe, wenn diese zunächst in (hartem) Wasser einer

ίο Salzlösung hydratisiert worden waren.

Beispiel Vl

Dieses Beispiel veranschaulicht, daß die Hydraiisicrungszeit von Polysaccharid B-1459 keine nennenswerte Rolle für die Viskosität der fertigen Lösung spielt, sondern daß Vorhydratisierung in Frischwasser der Schlüssel zu einer höheren Viskosität ist.

Viskosität in mPa-s(cp), 10 s~^!

a) Vorhydratisiertes entionisiertes 6,8
Wasser, dann Verdünnung mit
Salzlösung

b) Vorhydratisiertes Frischwasser, 6,8
dann Verdünnung mit Salzlösung

c) Hydratisierung unmittelbar in 6,7
einem Gemisch 80 : 20 aus Salzlösung

und Frischwasser

d) Hydratisierung unmittelbar in 6,7
lOO°/oiger Salzlösung

Tage B-1459 hydratisiert
unmittelbar in
Salzlösung

Vorhydratisicrlcs
B-1459 in Frischwasser*)
vor Zugabe von Salzlösung

1 24
29 24
515 24

42 42 35

*) mit einem Gehalt von 130 g/m¹ an anorganischen Ionen
Beispiel Vii

Ein linearer Kalksteinkern mit einer Länge von 17,7 cm und einem Durchmesser von 5,08 cm. einer Permeabilität von 98.5 md und einer ursprünglichen ölsättigung (So) von etwa 0,68 wurde zunächst bis auf eine öisäüigung (Sow) von 0.334 mit Wasser gcflutci. Dann wurde der Kern mit einer Tenside und Natriumlignosulfonat enthaltenden wäßrigen Lösung geflutet. Auf diese Lösung folgte eine wäßrige Salzlösung mit 1000 g/m¹ Polysaccharid B-1459. wobei das Polysaccharid in Frischwasser vorhydratisiert und dann mit Salzlösung vermischt worden war, die etwa 82 000 g/m¹ an insgcsamt gelösten anorganischen Ionen einschließlich etwa 20 300 g/m³ Na*, 6649 g/m³ Ca*+ und 2530 g/m¹ Mg⁺+ enthielt.

Die Endölsättigung des Kerns (Sor) betrug 0,143. Daher wurde durch das tertiäre System unter Verwendung

so der Polysacchpridlösung 57% des vorhandenen Öls (OIP = Oil in Place) nach Wasserflutung produzier·.

Beispiel VIII

Die nachstehenden Zahlenwerte veranschaulichen den Einfluß der Vorhydratisierung mit Wasser, das verschiedene Mengen an anorganischen Ionen enthält. Das Polysaccharid B-1459 wurde in jeweils einer wäßrigen Lösung vorhydratisiert. die von 0 bis 55 500 g/m' an anorganischen ionen enthielt. Das vorhydratisierte Konzentrat wurde dann mit reiner Salzlösung vermischt, die 111 000 g/m³ an gelösten anorganischen Ionen mit einem Ca* VNa--Verhältnis von 1 :9 enthielt.

Vorhydratalionswasscr Endviskosität in

(μ/πι' anorganische Ionen) Salzlösung

0.0 49.0

555 45.5

1100 45,0

5550 42,0

Il 0OC' 39,5

55500 35.0

111000 »(reine Salzlösung) 35.0

Beispiel IX

Zur Veranschaulichung, daß eine Salzlösung mit in entionisiertem Wasser vorhydratisiertem Polysaccharid B-1459 leichler ein poröses Medium durchsetzt als eine unmittelbar in Salzlösung hydratisierte Polysaccharidlösung wurde der nachstehend beschriebene Versuch ausgeführt.

Zwei Polymerisatlösungen aus Polysaccharid B-1459 in einer Konzentration von 1000 g/m³ wurden unter einem Druckdifferential von 1,4 bar durch ein feines Filiermedium (Nuclepore-Filter) von 5,0 Porengröße filtriert. Dieser Versuch lieferte einen Relativwert für die Injektionseignung der Flüssigkeit. Die eine Polymerisatlösung war in entionisiertem Wasser vorhydratisiert worden, während die andere unmittelbar in der gleichen, 111 000 g/m¹ an gelösten anorganischen Ionen enthaltenden Salzlösung hydratisiert worden war.

Die vorhydratisierte Polymerisatlösung durchlief das Filtei medium schneller. Die unmittelbar in Salzlösung hydratisierte Polymerisatlösung führte beispielsweise nach 80 Sekunden nahezu zur Verstopfung des Filters, wobei nur 50 cm³ Flüssigkeit das Filter durchlaufen hatten. Bis zur völligen Verstopfung gelangten nur etwa ^3d b0 cm' Flüssigkeit durch das Filter. Nach Ablauf von 80 .Sekunden halten 160 cm³ der vorhydratisierten Pnlymerisatlösung das Filter durchsetzt, und insgesamt liefen 180 cm^J durch das Filter.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erdölgewinnung aus einer unterirdischen Lagerstätte durch Wasserflutung unter Steigerung des Ausspülwirkungsgrades vermittels einer wäßrigen Poiysaccharidlösung, die das Polysaccharid B-1459 enthält, und unter Einsatz harten Wassers, wobei die wäßrige Lösung in die Lagerstätte gedrückt und Öl gewonnen wird, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß Polysaccharid B-1459 in Frischwasser vorhydratisiert und diese vorhydratisierte Lösung mit hartem Wasser vermischt eingesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorhydratisierung Frischwasser mit weniger als 15 000 g/m³, vorzugsweise weniger als 6000 g/m³ anorganische Ionen eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermischung wenigstens 50 000 g/m* anorganische Ionen enthaltendes hartes Wasser eingesetzt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Injizieren der Poiysaccharidlösung mit Wasser geflutet wird.