DE3416388A1

DE3416388A1 - Verfahren zur gewinnung von kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen gesteinsformation

Info

Publication number: DE3416388A1
Application number: DE3416388A
Authority: DE
Inventors: David Roland Davies; Simon Rijswijk Zwolle
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1983-05-06
Filing date: 1984-05-03
Publication date: 1984-11-08
Also published as: NO841771L; NL8401385A; CA1242576A; AU558501B2; AU2764284A; IT1176141B; IT8420781A1; IT8420781A0; US4579176A; OA07761A; GB2139669A; GB8312564D0; NZ208044A; GB2139669B

Description

SHELL INTERNATIONALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ B.V. Den Haag, Niederlande

"Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Gesteinsformatxon"

Priorität: 6.Mai 1983, Großbritannien, Nr. 8312564

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Gesteinsformation über eine Bohrung, welche in Höhe der Gesteinsformation mindestens teilweise von Sandkörnern umgeben ist.

In den Ansprüchen und der Beschreibung sind unter dem Ausdruck "Sandkörner" solche Körner zu verstehen, welche im wesentlichen aus Siliciumdioxid bestehen. Die Sandkörner sind entweder ursprünglich in der Gesteinsformation vorhandene Körner oder Körner, welche in die Bohrung oder in deren Bereich eingelagert worden sind, um Leerräume im Bereich der Bohrung auszufüllen, um eine Kiesschüttung zu bilden oder aus irgendwelchen anderen Gründen.

Das Einfließen von Sandkörnern in die Bohrung, welche von dem aus der Gesteinsformation in die Bohrung führenden Flüssigkeitsstrom mitgerissen werden, sollte verhindert werden. Ein solches Einflies-

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen aus einer unterirdischen Gesteinsformation über eine Bohrung, welche in Höhe der Gesteinsformation mindestens teilweise von Sandkörnern umgeben ist. -. . - - - -

In den Ansprüchen und der Beschreibung sind unter dem Ausdruck "Sandkörner" solche Körner zu verstehen, welche im wesentlichen aus Siliciumdioxid bestehen. Die Sandkörner sind entweder ursprünglich in der Gesteinsformation vorhandene Körner, ode'r Körner, welche in die Bohrung oder in deren Bereich eingelagert worden sind, um Leerräume im Bereich der Bohrung auszufüllen, um.eine Kiesschüttung zu bilden oder aus irgendwelchen anderen Gründen.

POSTSCHECKKONTO: MÖNCHEN 501 75 - 809 · BANKKONTO: DEUTSCHE BANK A.Q. MÖNCHEN, LEOPOLDSTR. 71, KONTO-NR. 60/35

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dabei die Bindungen zwischen den Körnern schwächen, bis die Bindungskräfte nicht mehr ausreichen, um den durch den Flüssigkeitsstrom, der aus der Gesteinsformation in die Bohrung strömt, auf die Körner einwirkenden Kräften standzuhalten. Die Sandkörner werden dann abgeschert und gelangen in die Bohrung.

Die Mehrzahl der für Gestexnsformationen geeigneten Verfestigungsverfahren, bei welchen relativ, kühle Flüssigkeiten durch die Bohrungen und die Gesteinsformation im Bereich der Bohrungen strömen, haben sich als unzulänglich erwiesen, wenn das in der Gesteinsformation durchgeführte Gewinnungsverfahren durch ein Verfahren ersetzt wird, welches die Verwendung heißer, wäßriger Flüssigkeiten vorsieht. Zwar gibt es eine begrenzte Zahl von Verfahrensweisen, welche die Gesteinsformation gegenüber der Einwirkung heißer Flüssigkeiten widerstandsfähig machen, aber diese Verfahrensweisen sind zu kostenaufwendig, als daß sie tatsächlich angewandt werden könnten. Ein solches Verfahren ist in der US-Patentschrift 3 393 737 beschrieben. Dabei wird eine Metallüberzugsverbindung in flüssiger Phase in die Gesteinsformation eingespritzt und die Oberfläche der mit der Verbindung kontaktierten Sandkörner wird mit einer gleichmäßigen Metallschicht

überzogen. Obwohl" diese Metallschicht einen wirkungsvollen Schutz gegen das Abtragen durch heiße Flüssigkeiten bietet, welche an den Sandkörnern und den natürlichen Bindungen - falls vorhanden - zwischen den Sandkörnern entlangströmen, hat dieses Verfahren noch keine weitverbreitete Anwendung gefunden, da es chemisch schwierig und somit teuer ist, weil es ja nur von hochqualifizierten Chemikern durchgeführt werden sollte.

Die US-Patentschrift 4 323 124 beschreibt ein Verfahren zur Verhinderung der Auflösung von Kiesschüttungen und Sandsteinformationen während der Einspritzung von Wasser oder Dampf durch überziehen der Oberfläche von Sandkörnern und Kies mit einem fettigen Lecithinfilm. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß das Lecithin die Anwesenheit

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eines Dispergiermittels erforderlich macht, damit es in der Wasserphase der Behandlungsflüssigkeit dispergiert werden kann.

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In der US-Patentschrift 3 438 443 wird als Lösung des Problems vorgeschlagen, Siliciumdioxid in der flüssigen Phase der einzuspritzenden heißen Flüssigkeit aufzulösen. Durch Verwendung einer gesättigten Siliciumdioxidlösung wird die Sandbildung vor dem Auslaugen durch die heiße Flüssigkeit geschützt. Sogar Sandkörner, die vorher durch eine Emulsion aus Wasserglas und Kerosin und anschließend in einer wäßrigen Calciumchloridlösung verfestigt worden sind, haben sich als in den heißen wäßrigen, an Siliciumdioxid übersättigten Förderflüssigkeiten unlöslich herausgestellt. Die Versuche, bei denen eine übersättigte Siliciumdioxidlösung als heiße . wäßrige Flüssigkeit eingesetzt wurde/ zeigten, daß kein Abtragen des verfestigten Sandes stattfand, im Gegensatz zur Verwendung von Natriumaluminatlösungen, welche, wie sich herausstellte, den verfestigten Sand beinahe so schnell abtragen wie frisches Wasser.

Die Verwendung von übersättigten Silikatlösungen hat aber den Nachteil, daß die bei Abkühlung der Lösung in der Gesteinsformation auf den Sandkörnern abgelagerte Menge an. Siliciumdioxid die Durchlässigkeit der Gesteinsformation herabsetzt, wodurch dann eine kontinuierliche Drucksteigerung erforderlich wird, wenn man eine konstante Einspritzgeschwindigkeit_ der heißer, wäßrigen Flüssigkeit in die Gesteinsformation aufrechterhalten will. Ein solcher erhöhter Injektionsdruck kann zur Rißbildung in der Gesteinsformation führen, was wiederum zur Folge hat, daß große Teile der Gesteinsformation von der Einspritzflüssigkeit nicht mehr durchströmt werden.

Die Anmelderin hat nun gefunden, daß die Auflösung von siliciumhaltigem Material im Bereich der Bohrung durch wäßrige Flüssigkeiten, welche durch den Porenraum dieses Materials strömen, auf einfachere Weise vermindert werden kann, als dies bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren

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der Fall ist. Das Verfahren der Erfindung kann angewandt werden, um die Auflösung von Sandkörnern bei Kontaktierung mit heißen, wäßrigen Flüssigkeiten zu vermindern, wobei diese Sandkörner entweder Teil der ursprünglichen Gesteinsformation oder Teil jenes Materials sind, das in das Bohrloch eingelagert worden ist, nachdem die Bohrung herunter gebracht wurde, wie z.B. Kiesschuttungsmaterial.

Das Verfahren ist ebenso gut geeignet zur Verminderung der Abtragung von ursprünglich zwischen den Körnern der Gesteinsformation vorhandenem siliciumhaltigen Bindemittel, wenn dieses Bindemittel mit heißen, wäßrigen Flüssigkeiten in Berührung kommt. Ferner kann das Verfahren dazu dienen, das Abtragen des Bindematerials zwischen den Sandkörnern, welche durch die Hydrolyse von Siliciumpolyhalogenid künstlich verfestigt worden sind, durch Wasser aus der Gesteinsformation zu verhindern.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Kohlenwasserstoff fluid -" aus einer Bohrung gewonnen, welche in Höhe der Gesteinsformation zumindest teilweise von Sandkörnern umgeben ist, die, wenn sie künstlich verfestigt worden sind, durch die Einwirkung von Siliciumpolyhalogenid verfestigt worden sind. Das Verfahren umfaßt das Strömen heißer Flüssigkeit durch den durchlässigen Porenraum der genannten Sandkörner. Um das Auftreten von losen, in die Bohrung eindringenden Sandteilchen zu vermindern, wird eine Lösung von Aluminiumionen mindestens einmal gebildet durch Zugeben dieser Aluminiumionen zu einem polaren Lösungsmittel, und im Anschluß daran werden die Sandkörner mit der genannten Lösung kontaktiert.

In einer Ausführungsform der Erfindung werden die wäßrige Flüssigkeit und die Lösung über die Bohrung in die Gesteinsformation geleitet und haben eine Temperatur von über 50⁰C.

Die wäßrige Flüssigkeit und/oder die Lösung können in Gegenwart von Dampf in die Gesteinsformation eingespritzt werden. Als Lösungsmittel, welchem die Aluminiumionen beigefügt wer-

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den,können Wasser, Äthanol oder irgendeine andere polare Flüssigkeit bzw. Mischungen davon verwendet werden. Bei Einspritzen der wäßrigen Flüssigkeit in die Gesteinsformation über die Bohrung kann zmindest ein Teil der wäßrigen Flüssigkeit wenigstens einen Teil des Lösungsmittels darstellen, zu welchem die Aluminiumionen hinzugefügt werden.

Sind die Körner mittels Siliciumtetrahalogenid künstlich verfestigt worden, dann kann die so gebildete Bindung gegen die Auflösung durch Wasser der Gesteinsformation, das zusammen mit ebenfalls aus der Gesteinsformation stammendem öl und/oder Gas in die Bohrung fließt, geschützt werden, indem man die Körner mit einer Lösung von Aluminiumionen in einem polaren Lösungsmittel behandelt. Diese Lösung wird durch die Bohrung zu den Sandkörnern geleitet, und entweder für eine bestimmte Zeitdauer in der zu behandelnden Zone stehen gelassen, oder man läßt sie mit relativ niedriger Geschwindigkeit durch diese hindurchströmen. Diese Behandlung kann entweder nur einmal durchgeführt oder in Zeitabständen wiederholt werden. · ,

Wie bereits festgestellt wurde, ist das Verfahren der Erfindung dazu geeignet, siliciumhaltige Gesteinsformationen und Kiesschüttungen, in welchen die Körner aus siliciumhaltigem Material bestehen, gegen das Abtragen durch die Einwirkung von wäßrigen durch sie hindurchströmenden Flüssigkeiten zu schützen. Die Sandkörner einer Gesteinsformation .sind entweder natürlich verfestigt oder künstlich durch die Einwirkung von Siliciumpblyhalogenid. Die Körner einer Kiesschüttung sind gewöhnlich nicht verfestigt, aber «falls sie künstlich verfestigt worden sind, so sollte dies durch die Wirkung von SiIiciumpolyhalogenid geschehen sein.

In einer Anzahl von Gesteinsformationen liegen .natürlich verfestigte Sandkörner vor. Für diese Sandkörner ist keine Verfestigungs-Behandlung mittels Siliciumpolyhalogenid erforderlich, außer ihre Druckfestigkeit reicht nicht aus, um die Sandkörner bei den Fließgeschwindigkeiten der Flüssigkeiten durch den Porenraum der Körner an ihrem Platz festzuhalten.

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Vor der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Förderbohrung sollten daher alle Sandkörner im Bereich der Bohrung auf deren Förderebene, welche während des Gewinnungszeitraums in die Bohrung eindringen könnten, mit SiIiciumpolyhalogenid behandelt werden, um eine Bindung zwischen den Sandkörnern herzustellen oder die ursprünglich zwischen den Körner vorhandene Bindung zu verstärken.

Einspritzbohrungen, bei welchen während des Rückflusses von Flüssigkeiten in die Bohrung Sandprobleme auftreten können, sind meist mit einer Kiesschüttung ausgestattet. Eine, solche Kiesschüttung erfordert keine Vorbehandlung mit Silic.iumpolyhalogenid zwecks Verblockung der Körner in der Kiesschüttung, da diese Körner der Kiesschüttung zwischen dem Siebfilterrohr und der Gesteinsformation eingeschlossen sind.

Siliciumpolyhalogenid ist leicht zu handhaben an der Produktionsstätte, um nicht verfestigte Gesteinsformationen zu verfestigen, um die Druckfestigkeit unverfestigter Gesteinsformationen zu steigern, und um lose Sandkörner in Bohrungen oder Bereich derselben miteinander zu verbinden. Geeignete Siliciumpolyhalogenide reagieren mit Wasser in im wesentlichen gleicher Weise wie Siliciumtetrachlorid. Beispiele solcher Halogenide sind Siliciumtetrachlorid, Siliciumhexachlorid, Siliciumoctachlorid und Siliciumtetrafluorid.

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Verfestigungsverfahren mittels Siliciumtetrahalogehid sind in der US-Patentschrift 3 055 426 und in der britischen Patentschrift 1 5*36 209 ausführlich dargestellt. Beim Verfestigungsverfahren der US-Patentschri*ft 3 055 426 wird eine Lösung von Siliciumtetrachlorid in eine ölhaltige Gesteinsforraation geleitet. Das Siliciumtetrachlorid reagiert mit dem fossilen Wasser im Porenraum der Gesteinsformation, wobei es einer Hydrolysereaktion unterworden wird und einen Niederschlag bildet, welcher die Sandkörner verbindet, ohne die Durchlässigkeit der behandelten Zone nennenswert herabzusetzen. Die US-PS 3 055 425 erwähnt eine Hitzebehandlung der durch die Einwirkung von Siliciumtetrahalogenid verfestigten Zone bis zu einer Temperatur von mehr als 150⁰C wäh-

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rend mindestens 6 Stunden, um die verfestigte Zone gegen das Durchströmen von Wasser zu stabilisieren. Dieses Erhitzen kann durch eine heiße Flüssigkeit(oder ein Gas) wie Dampf oder Wasser erfolgen. Von der Anmelderin durchgeführte Versuche ergaben jedoch keinerlei erwähnenswerte Verminderung der Abtragung der verfestigten Zone durch die Behandlung derselben mit einer heißen wäßrigen Flüssigkeit. Nach dieser Patentschrift kann die Hitze auch durch einen Bohrlochbrenner erzeugt werden. Der Nachteil dabei besteht darin, daß der Einsatz eines solchen Brenners einen komplizierten und teuren Arbeitsprozeß notwendig macht.

Die US-Patentschrift 3 070 161 beschreibt ein Verfahren zur Stabilisierung einer durch die Einwirkung von Siliciumtetrahalogenid verfestigten Gesteinsformationszone gegenüber dem Einwirken rvon Wasser, welche dadurch erzielt wird, daß die verfestigte Zone ölbenetzbar gemacht wird. Die Anmelderin hat jedoch gefunden, daß diese Behandlung zu einer erheblichen Herabsetzung der Durchlässigkeit der Gesteinsformation führt. ■ ■·."·.

Das Verfahren der britischen Patentschrift 1 536 209 betrifft die Verfestigung von unverfestigten Teilen einer Silikat-Gesteinsformation, welche Gas, wie z.B. Kohlenwasserstoffgas enthält. Siliciumtetrahalogenid wird in Form eines Gases zusammen mit einem Trägergas über die Bohrung in die Gesteinsformation injiziert. Das Siliciumtetrahalogenidgas wird in dem an den Wänden des Porenraums der gasführenden Gesteinsformation vorhandenen fossilen Wasser aufgelöst. Das Siliciumtetrahalogenid wird hydrolysiert und bildet dabei einen Niederschlag, welcher die Sandkörner aneinanderbindet (sofern die Gesteinsformation nicht verfestigt ist) oder die Bindung zwischen den Sandkörnern verstärkt(wenn die Gesteinsformation natürlich verfestigt ist, aber eine geringe Druckfestigkeit aufweist). Dieses Verfahren kann auch bei einer ölführenden Gesteinsformation zur Anwendung kommen, bei welcher der zu behandelnde Bereich vorher durch eine Gasinjektion vom öl befreit worden ist. Das verfestigte Material erwies sich als stabil in stehendem Wasser. Um das verfestigte Material auch in fließendem Wasser stabil zu machen, wur-

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de empfohlen, das Material ölbenetzbar zu machen, und zwar entweder nur an seiner Oberfläche oder durch die Masse des Materials hindurch. Leider erweist sich die Widerstandst ähigkeit- gegenüber dem Angriff von fließendem Wasser als ziemlich gering.

Bevor die Erfindung im einzelnen erläutert wird, werden in den folgenden Absätzen einige allgemeine Betrachtungen dazu angestellt werden.

Für die Anwendung im erfindungsgemäßen Verfahren nützliche Wirkstoffe, welche - nachdem sie in einem Lösungsmittel wie Wasser aufgelöst worden sind - Aluminiumionen freisetzen, sind u.a. Aluminiumeitrat, Aluminiumchlorid und Natriumaluminat. Aluminiumchlorid wird bevorzugt, wenn die Lösung einen pH-Wert unter 4 hat. Bei einem pH-Wert über etwa 11,5 wird bevorzugt Natriumaluminat als Quelle für Aluminiumionen eingesetzt. Aluminiumeitrat kann allgemein verwendet werden, aber es ist besonders geeignet zur Verwendung in wäßrigen Lösungen mit einem pH-Wert zwischen 4 und 11,5.

Vorzugsweise wird die Menge an Aluminiumionen so gewählt, daß sie das Abtragen des verfestigten Bereichs der Gesteinsformation, durch welche Flüssigkeiten aus der Masse der Gesteinsformation in "die Bohrung strömen und umgekehrt, verhindert oder wenigstens wesentlich reduziert.

Eine geeignete JVIenge dieser Wirkstoffe bei Verwendung zur (in Zeitabständen wiederholten) Behandlung von künstlich verfestigten Gesteinsformationen oder künstlich verfestigten Kiesschüttungen zum Schutz gegen den Angriff von Wasser aus der Gesteinsformation(wie fossiles Wasser, das aus einer gasführenden Gesteinsformation gewonnen wird)liegt im Bereich zwischen 0,5 und 100 000 TpM von Aluminium in einer Lösung eines polaren Lösungsmittels. Besonders geeignete ■Aluminiumionen-Konzentrationen liegen im Bereich zwischen 10 und 50 000 TpM. Man erhält die Lösung durch Mischen der Wirkstoffe mit einer Menge eines polaren Lösungsmittels, z.B.Wasser. Die Lösung wird in den Porenraum der Zone gelei-

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tet, die zuvor mit Siliciumpolyhalogenid verfestigt worden ist, und darin für eine bestimmte Zeit stehen gelassen. Die Behandlung kann so oft als nötig wiederholt werden. Die Lösung kann aber auch langsam durch die zu behandelnde Zone gepumpt werden.

Wenn das Kohlenwasserstoff-Gewinnungsverfahren als Verfahrensstufe die Einspritzung heißer wäßriger Flüssigkeit in die Gesteinsformation umfaßt/ können die Wirkstoffe kontinuierlich oder in Zeitabständen wiederholt dem Strom der heißen Flüssigkeit, die in die Bohrung eingespritzt wird, zugegeben werden. Eine geeignete Menge der Behandlungs-Wirkstoffe liegt im Bereich zwischen 0,5 und 100 000 TpM Aluminium in der flüssigen Phase der heißen wäßrigen Flüssigkeit, die zur Steigerung der Gewinnungsrate von Kohlenwasserstoff aus der Gesteinsformation eingespritzt worden ist. Besonders geeignete Konzentrationen von Aluminiumionen liegen im Bereich zwischen 10 und 50 000 TpM.

Als heißes wäßriges Fluid, das in einer der Ausführungsformen der Erfindung eingespritzt wird zum Fördern von öl in einer unterirdischen Gesteinsformation zu einer oder mehreren die Gesteinsformation durchdringenden Förderbohrungen, kann entweder heißes Wasser oder Nassdampf verwendet werden. Der nasse Dampf besteht z.T. aus Dampf und z.T. aus heißem Wasser. Das heiße Wasser kann Salze enthalten sowie andere Wirkstoffe, die dem heißen Wasser absichtlich für andere Behandlungszwecke als den Schutz der Verfestigung der Gesteinsformation vor dem Angriff von heißen-Flüssigkeiten, zugegeben worden sind. Solche Wirkstoffe können - zwecks Durchführung^von Oberflächenbehandlungen mittels des Einspritzwassers vor dem Einspritzen in die Bohrung zugegeben worden sein . Für diesen Zweck bekannte Wirksubstanzen sind Natronkalk(als Weichmacher), Ammoniumbisulfit (als Sauerstoffreiniger) und Polyphosphonat(als Wirkstoff zur Verhütung von Kesselsteinbildung).

Wird als Einspritzflüssigkeit eine Lauge verwendet, so kann diese sehr wohl Spuren von Aluminiumionen enthalten. Diese Mengen an Aluminiumionen, die ursprünglich in dem an der Stelle der Durchführung des Verfahrens zur gesteigerten Öl-Gewinnung zur

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Verfügung stehenden Wasser vorhanden sind, betragen im allgemeinen weniger als 0,2 TpM und sind zu gering, als daß sie die Abtragung der verfestigten Gesteinsformation verhindern könnten. Deshalb sollte die Menge an Aluminiumionen in der Lauge erhöht werden, bis sie ausreicht, um ein solches Abtragen zu verhindern.

Die Geschwindigkeit, mit welcher die Abtragung der Gesteinsformation während des Durchströmens der wäßrigen Flüssigkeit vor sich geht, wird durch die Anwesenheit von Aluminiumionen herabgesetzt oder das Abtragen wird sogar verhindert.

Der Mechanismus, durch welchen die Aluminiumionen.das Abtragen von Kiesschüttungen oder Gesteinsformationen verhindern können, ist noch nicht völlig klar. Es besteht jedoch die Theorie, daß in Gegenwart von Wasser mindestens einige der Aluminiumionen in Aluminat-Tonen (Al(OH) .) umgewandelt werden, welche mit der Siliciumdioxidoberflache der Kiesschüttung oder Gesteinsformation zu einem relativ unlöslichen Aluminiumsilikat reagieren.

Die Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele und Vorschriften für Versuche an der Produktionsstätte näher erläutert. - ■_

Beispiel 1

200 g Ottawa-Sand mit einer Teilchengröße entsprechend dem Bereich zwischen einem US-Standard 20- und einem 40-Maschensieb wurden in-einen zylindrischen, Kernhalter gefüllt und flüssiges Wasser (pH=6,2) wurde mit einer Geschwindigkeit von 10ml/min. durchgepumpt; Temperatur: 350⁰C, Druck: 200 bar. Die Siliciumdioxidkonzentration in dem abfließenden Wasser wurde in regelmäßigen Abständen gemessen unter Verwendung eines Spektralfotometers. Es wurde eine durchschnittliche Konzentration von 500 TpM gemessen. In einem zweiten Versuch wurde eine wäßrige Natriumaluminatlösung (pH=12,7) mit einem Gehalt von 50 TpM Aluminium durch dieselbe Sandmenge und unter den gleichen Bedingungen wie beim I.Versuch gepumpt. Das Ergebnis war, daß die Siliciumdioxidkonzentra-

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tion in dem abfließenden Wasser von 500 TpM auf 140 TpM gesunken ist, nachdem 350 ml(= 8 Porenvolumina) der genannten Natriumaluminatlösung durchgepumpt worden waren. Somit wird also durch den-Zusatz von Aluminiumionen zu der Flüssigkeit der Auflösungsgrad von Siliciumdioxid durch heiße wäßrige Flüssigkeit erheblich herabgesetzt. Dieses Verfahren ist daher äußerst attraktiv zur Verminderung des Auflösungsgrades der Sandkörner der Kiesschüttung in einer Einspritzbohrung, durch welche kontinuierlich heiße wäßrige Flüssigkeit zum Zweck verbesserter Öl-Gewinnung eingespritzt wird.

Beispiel 2

250 g Oude-Pekela-Sand wurden mit 5% Wasser vermischt und in einen Kernhalter gefüllt. Die Sandmasse wurde anschliessend durch die Einwirkung von Siliciumtetrachlorid verfestigt, indem das Siliciumtetrachlorid in der Dampfphase durch den Porenraum der vom Wasser nassen Sandkörner geleitet wurde. Daraufhin wurde Leitungswasser mit verschiedenen Geschwindigkeiten durch den Porenraum gepumpt und die Siliciumdioxidkonzentration des abfließenden Wassers wurde aufgezeichnet (vgl. Tabelle A). Im Anschluß daran, wurde eine wäßrige Aluminiumcitrat-Lösung(pH=8), enthaltend 5400 TpM Aluminium in den Kernhalter gepumpt, welcher dann für 16 Stunden geschlossen wurde. Dann wurde das Pumpen von Leitungswasser wieder aufgenommen und die Siliciumdioxid-Konzentration im abfliessenden Wasser ^erneut aufgezeichnet. Die in Tabelle A genannten Ergebnisse sind Beweis dafür, daß die Behandlung mit Aluminiumcitrat die Löslichkeit von Siliciumdioxid beträchtlich verringert hat. Als Folge davon wurde die Siliciumdioxid-Bindung zwischen den Körnern weniger stark aufgelöst als vor der Behandlung mit Aluminiumeitrat, was eine geringere Herabsetzung der Druckfestigkeit der verfestigten Sandmasse zur Folge hat.

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TABELLE A

• · ··	Pumpgeschwindigkeit (cm /min.)	Siliciumdioxid- konzentration im abfI.Wasser (TpM)
Vor der Behand lung	0,3 0,5 4,7	260 260 220
Nach der Behand lung mit Aluminium- citrat	0,5 5	20 6

Alle Versuche von·Beispiel 2 wurden bei einer Temperatur von 70⁰C durchgeführt.

Dieses Verfahren ist besonders geeignet für die Verwendung in einer gasführenden Gesteinsformation, welche durch eine SiIiciumpolyhaibgenid-Behandlung verfestigt worden ist. Die Vorbehandlung des verfestigten Bereiches (im Gebiet der Förderbohrung) mit· Aluminiumionen macht den verfestigten Bereich widerstandsfähiger gegenüber dem Angriff von Wasser aus der Gesteinsformation, welches in der Produktionsphase zusammen mit Gas, das aus der Gesteinsformation gewonnen wird, durch diesen Bereich strömt. ' . ■

Entwurf I für einen Betriebsversuch

Über eir.eVielzahl von Einspritz-Bohrungen wird heißes Wasser

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in eine ölführende unterirdische Gesteinsformation eingespritzt und das öl wird von dem heißen Wasser durch den Porenraum der Gesteinsformation zu den Förderbohrungen transportiert, über welche das öl an die Oberfläche befördert wird.

Da das Einspritzen des heißen Wassers von Zeit zu Zeit unterbrochen wird, tritt ein Flüssigkeitsrückfluß in die Einspritzbohrung auf. Solange das Gebiet der Gesteinsformation im Bereich der Bohrung aus verfestigten Sandkörnern besteht, wird kein Sand in die Bohrung gelangen, wenn Rückfluß auftritt. Jedoch führt das Einspritzen von heißem Wasser über die Bohrung in die Gesteinsformation über längere Zeiträume hinweg dazu, daß das Bindungsmaterial zwischen den Sandkörnern aufgelöst wird, was nicht verfestigte Bereiche der Gesteinsformation im Bereich der Bohrung zur Folge hat. Bei Auftreten von Rückfluß wird dann Sand in die Bohrung eindringen und den Durchgang durch die Bohrung verstopfen. Um diese durch den Durchfluß heißer wäßriger Flüssigkeit verursachte Schwächung der Bindung zu verhindern, wird kontinuierlich Aluminiumeitrat zu dem heißen Wasser zugegeben, das in die Bohrung eingespritzt wird. Eine Menge von 50 TpM Aluminium ist ausreichend, um die Bildung von losen Massen von Sandkörnern im Bereich der Bohrung zu verhindern, welche sonst in die Bohrung gelangen und diese verstopfen könnten, wenn der Flüssigkeitsstrom gelegentlich unterbrochen wird.

Entwurf II für einen Betriebsversuch

Unter den unter .Entwurf I genannten ^Bedingungen wird das kontinuierliche Einspritzen von Aluminiumeitrat in den Strom heissen Wassers, der in die Einspritzbohrungen geleitet wird, ersetzt durch in Zeitabständen wiederholtes Einspritzen von AIurniniumcitrat. Die Konzentration von Aluminiumionen wird dabei auf 5000 TpM erhöht und das Einspritzen wird in geeigneten Zeitabständen so oft als notwendig wiederholt.

Entwurf III für einen Betriebsversuch

Im Entwurf II werden eine odor mehrere der in Zeitabständen

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wiederholten Einspritzungen von Aluminiumeitrat in den Strom heißen Wassers, das in die Bohrungen geleitet wird, durch die Einspritzung einer wäßrigen Lösung von Aluminiumionen bei Raumtemperatur ersetzt.

Entwurf IV für einen Betriebsversuch

Nasser Dampf wird über eine Vielzahl von Bohrungen in eine ölführende unterirdische Gesteinsformation eingespritzt. Das öl wird durch die Gesteinsformation zu den Förderbohrungen transportiert. Die Bereiche der Gesteinsformation in der Nähe der Einspritzbohrungen weisen eine relativ geringe Druckfestigkeit auf, und um das Eindringen von Sand in die Bohrung bei Unterbrechung der Dampfinjektion zu verhindern, wurde in jede Bohrung eine Kiesschüttung eingelagert. Der pH-Wert des injizierten nassen Dampfes ist verhältnismäßig niedrig und deshalb wurde Aluminiumchlorid gewählt als Quelle für die Aluminiumionen, welche zu dem nassen Dampf zugegeben werden, um die Auflösung der Sandkörner.der Kiesschüttungen in den Bohrungen zu verringern. Somit kann kein Sand in die Bohrungen eindringen, wenn es bei einer Unterbrechung der Dampfinjektion während Reparaturarbeiten zu einem Rückfluß der Flüssigkeit in die Bohrung kommt.

Entwurf V für einen Betriebsversuch

Relativ trockenes Gas wird über eine Vielzahl von Förderbohrungen aus einer unterirdischen Gesteinsformation gefördert. Die Gesteinsformation bestand ursprünglich aus losen Sandkörnern und um zu verhindern,*daß die Körner von dem strömenden Gas mitgerissen und in den Bohrungen abgelagert werden, wurde gleich von Anfang an eine Sand-Verfestigungsbehandlung durchgeführt. Diese Sand-Verfestigungsbehandlung erfolgte durch Einspritzen von Siliciumtetrahalogenid in einem Trägergas über die Bohrung in den Porenraum der in Nähe der Bohrung befindlichen Bereiche der Gesteinsformation. Dabei bildete das Siliciumtetrahalogenid ein Silicagel auf den Sandkörnern durch eine Hydrolysereaktion zwischen dem Siliciumtetrahalogenid und dem im Porenraum des durch das Verfe-

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stigungsverfahren behandelten Bereichs der Gesteinsformation vorhandenen Wasserfilm. Dabei wurden die losen Sandkörner miteinander verbunden/ ohne daß die Durchlässigkeit wesentlich reduziert worden wäre.

Während der folgenden Produktionsperiode wird jedoch der Wasserfilm auf den nicht behandelten Teilen der Gesteinsformation nicht bestehen bleiben, sondern vielmehr unter Einwirkung des Gasstromes, der über die Förder.b-ohrung gefördert wird, in die behandelten Bereiche der Gesteinsformation gelangen. Dieses Wasser wird beim Durchfließen des Porenraumes der verfestigten Teile der Gesteinsformation das Silicagel, welches die Körner aneinanderbindet, langsam auflösen, was schließlich wieder zur Bildung loser Sandkörner führt;^: die-von dem Gasstrom in die Förderbohrung mitgerissen werden. Um die Auflösung der Bindung zu. verhindern, werden die verfestigten Bereiche in der Nähe der Bohrung in Zeitabständen mit einer gelöste Aluminiumionen enthaltenden Menge einer Flüssigkeit behandelt.

Die Flüssigkeitsmenge kann aus Wasser mit einem Gehalt von 6000 TpM Aluminium bestehen, welche in dem zu behandelnden Teil der Gesteinsformation 24 Stunden lang stehen gelassen wird. Sobald man wieder mit der Gasförderung aus der Gesteinsformation beginnt, fließt die Flüssigkeit in die Bohrungen, wo sie wieder aufgenommen wird. Die Behandlung wird so oft als notwendig wiederholt, je nachdem wie aggressiv das Wasser aus der Gesteinsformation wirkt.

Entwurf VI für einen Betriebsversuch

Die im Entwurf V angewandte Lösung von Aluminiumionen, welche man in den zu behandelnden Bereichen der Gesteinsformation stehen läßt, wird ersetzt durch eine Lösung von 50000 TpM Aluminiumeitrat in Wasser, welche langsam während der Zeitdauer von 1 Stunde eingespritzt wird. Diese Lösung von Aluminiumionen wird mindestens einmal hergestellt. Falls notwendig wird das Mischen der Aluminiumionen mit Wasser in geeigneten Zeitabständen wiederholt, so oft es erforderlich ist, bevor die Lösung in die Gesteinsformation eingespritzt wird. In der Mehrzahl der Fälle dürfte die Behandlung im Abstand von 6 Monaten wiederholt werden, wobei jedoch berück-

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sichtigt werden muß, daß die Länge des Zeitraumes, über welchen die Förderung stattfinden kann, bevor mit Sandproblemen zu rechnen ist, abhängig ist von der Aggressivität des Wassers der Gesteinsformation einerseits und von der Aluminiumionenkonzentration in der wäßrigen Lösung andererseits.

Entwurf VII für einen Betriebsversuch

Über eine verfestigte Sandschichten durchdringende Bohrung soll öl gewonnen werden. Der Sand ist feucht vom öl. Um das Eindringen von Sandkörnern in die Bohrung während der Gewinnung von öl und Wasser aus der Gesteinsformation zu verhindern, wird der im Bereich der Bohrung befindliche Teil der Gesteinsformation zuerst mit'Wasser naß gemacht. Außerdem wird eine wäßrige oberflächenaktive /Lösung in die genannten Teile der Gesteinsformation eingespritzt. Geeignete oberflächenaktive Mittel für diesen Zweck sind Alkylarylsulfonate und Polyäthylenoxidester. Anschließend wird eine Lösung von Siliciumtetrachlorid in Kerosin in den genannten Bereich der Gesteinsformation geleitet. Das Siliciumtetrachlorid reagiert mit dem an den vom Wasser nassen Wänden des Porenraums des verfestigenden Teils der Gesteinsformation vorhandenen Wasser, wobei die Körner durch den infolge der Reaktion ausfallenden Niederschlag aneinandergebunden werden. ■ ...

Im Anschluß daran werden die verfestigten Körner mindestens einmal mit einer wäßrigen Lösung von Aluminiumchlorid behandelt, und die Bohrung wird geöffnet zur Förderung von öl zusammen mit dem Wasser der Gesteinsformation. Die Behandlung mit Aluminiumionen wird so oft als notwendig in geeigneten Zeitabständen wiederholt und mit Aluminiumkonzentrationen, welche zur Herabsetzung der Geschwindigkeit, mit welcher das die Körner aneinanderbindende Silicagel durch das Wasser aus der Gesteinsformation, das durch den Porenraum des verfestigten Teils der Gesteinsformation fließt, aufgelöst wird, erforderlich ist. .

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Gewinnung von Kohlenwasserstofffluid aus einer unterirdischen Gesteinsformation über eine Bohrung, welche zumindest;■t'eijivrlgise in Höhe der Gesteinsformation von Sandkörner.n_I..ymgeben_v<a^t-_ir_?w^iche_/ falls sie künstlich verfestigt worden sind/ durch die Einwirkung von Siliciumpolyhalogenid verfestigt worden sind, welches Verfahren das Strömen wäßriger Flüssigkeit durch den durchlässigen Porenraum der genannten Sandkörner umfaßt, dadurch g e'k e η η ζ e i c hn e t, daß eine Lösung von Aluminiumionen mindestens einmal hergestellt wird durch Zugeben dieser ionen zu einem Lösungsmittel woraufhin die Sandkörner mit der genannten Lösung kontaktiert werden. · ; -

2. Verfahren nach Anspruch 1 , in welchem die wäßrige Flüssigkeit und dJLe Lösung über die Bohrung in die Gesteinsformation geleitet werden und eine Temperatur von über 50⁰C aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 2 , in welchem die wäßrige Flüssigkeit und/oder die Lösung in Gegenwart von Dampf über die Bohrung in die Gesteinsformation eingespritzt werden.

4. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, in welchem die .wäßrige Flüssigkeit über die Bohrung in die Gesteinsformation eingespritzt wird und zumindest ein Teil der wäßrigen

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Flüssigkeit mindestens einen Teil des Lösungsmittels darstellt, zu welchem die Aluminiumionen zugegeben werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1,■ in welchem die wäßrige Flüssigkeit Wasser der Gesteinsformation ist, welches aus der Gesteinsformation in die Bohrung fließt.

6. Verfahren nach Anspruch 5 , in welchem die Sandkörner einer in Zeitabständen wiederholten Behandlung mit einer Lösung von Aluminiumionen unterzogen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, in welchem die Lösung von.Aluminiumionen für eine bestimmte Zeit in der Ge-

" Steinsformation stehen gelassen wird.

8. Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, '"·"·' in welchem die Lösung zwischen 0,5 und 100 000 TpM Aluminium enthält.

9. Verfahren · nach Anspruch 8 , in welchem die Lösung

zwischen 10 und 50 000 TpM Aluminium enthält.

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