DE60103197T2 - Zusammensetzungen für Säurebehandlung von Bohrlöchern - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zusammensetzungen für das Säuern von Bohrlöchern.
  • Wässerige Säurelösungen werden gewöhnlich dazu angewendet, Öl- und Gasbohrlöcher zu behandeln. So werden zum Beispiel Untergrundbohrlochformationen oft mit wässerigen Säurelösungen in Kontakt gebracht, um die Durchlässigkeit derselben Formationen zu steigern, wobei die Produktion von Öl und/oder Gas aus denselben gesteigert wird. Wässerige Säurelösungen werden weiter dazu angewendet, Fließkanäle in die Oberfläche von Spalten zu ätzen, welche in den Formationen geformt wurden, und auch dazu, Perforierungen und rohrförmige Teile innerhalb von Bohrlöchern zu reinigen.
  • Wenn das zu behandelnde Bohrloch sauer ist, d. h. wenn die daraus produzierten Flüssigkeiten eine beachtliche Menge von Sulfidmischungen, und besonders von Wasserstoffsulfid, beinhalten, treten als ein Resultat des Absetzens von Metallsulfiden wie zum Beispiel Eisensulfid aus der wässerigen Säurelösung oft Probleme auf. Gelöste Sulfidione und gelöste Eisenione aus eisenhaltigen Sulfidsteinablagerungen und/oder Metallione aus der zu behandelnden Untergrundformation reagieren dabei miteinander, und formen Metallsulfide innnerhalb der Säurelösung. Diese Metallsulfide setzen sich aus der Säurelösung ab, wenn der pH-Wert eine Stufe von mehr als 1.9 erreicht. Der pH-Wert von wässerigen Abfallsäurelösungen, welche für das Behandeln von Untergrundformationen angewendet wurden, ist grösser als 1.9, und in einer Nichtabfallsäurelösung gelöste Metallsulfide werden sich deshalb irgendwann vor dem Umwandeln in eine Abfallsäure absetzen. Diese Metallsulfidabsetzungen können die behandelte Formation verstopfen und ernsthafte Schäden innerhalb des Bohrloches verursachen.
  • Wässerige Säurelösungen werden ausserdem dazu angewendet, Steinablagerungen von rohrförmigen Geräten wie zum Beispiel Wärmeaustauschern, Boilern und ähnlichem zu entfernen. Wenn diese Steinablagerungen Metall- und Sulfidmischungen beinhalten, können sich metallische Sulfidabsetzungen formen, welche den Reinigungsprozess stören.
  • Obwohl schon eine ganze Reihe von Methoden und Zusammensetzungen für das Verhindern eines Absetzens von Metallsulfiden aus wässerigen Säurebehandlungslösungen entwickelt worden sind, besteht immer noch ein Bedarf für verbesserte Säuerungsmethoden und Zusammensetzungen, welche relativ preiswert sind und wenig oder keine Metallsulfidabsetzungen produzieren.
  • Wir haben nun eine Wässerige Säurezusammensetzung für das Behandeln einer Untergrundformation in einem sauren Bohrloch, einem rohrförmigen Gerät, oder ähnlichem entwickelt, bei welcher die Korrosion von Metalloberflächen, welche mit der wässerigen Säurezusammensetzung in Kontakt geraten, sowohl wie Metallsulfidabsetzungen aus der wässerigen Säurezusammensetzung reduziert oder verhindert werden.
  • Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung bietet eine wässerige Säurezusammensetzung für das Säuern eines Bohrloches, wobei dieselbe Zusammensetzung Wasser, eine anorganische Säure, eine organische Säure, oder eine Mischung von zwei oder mehr derselben umfasst; und ein aldolamines Addukt, wobei dasselbe aldolamine Addukt durch das Reagieren von Aldol mit einem primären Amin vorbereitet wird, welches eine Hydroxylfunktion innerhalb von drei Kohlenstoffatomen der Amingruppe aufweist.
  • Die Erfindung bietet weiter eine Methode für das Säuern eines sauren Bohrloches, welches Metallmischungen und Sulfidmischungen enthält, wobei dieselbe Methode das Einführen einer wässerigen Säurezusammensetzung der vorliegenden Erfindung in das Bohrloch umfasst.
  • Die Methode der vorliegenden Erfindung für das Säuern eines sauren Bohrloches, welches Metallmischungen und Sulfidmischungen enthält, umfasst grundsätzlich das Kombinieren des aldolaminen Adduktes mit einer wässerigen Säurelösung, welche vorzugsweise mit Sulfidionen reagiert, welche daraufhin von der wässerigen Säurelösung gelöst werden und auf diese Weise eine Reaktion der gelösten Metallione mit den Sulfidionen und ein Absetzen derselben verhindern. Die das aldolamine Addukt beinhaltende wässerige Säurelösung wird daraufhin in das Bohrloch eingeführt.
  • Die Bezeichnung „saures Bohrloch" wird hier in dem Sinne angewendet, in welchem sie ein Öl-, Gas- oder ein anderen Bohrloch bezeichnet, welches Metallmischungen und Sulfidmischungen beinhaltet, und insbesondere Wasserstoffsulfid. Wenn solche Bohrlöcher mit einer wässerigen Säurelösung behandelt werden, um die Produktion von Kohlenwasserstoffen aus denselben zu stimulieren, wird die wässerige Säurelösung Sulfidione und Metallione wie zum Beispiel Eisen, Zink und Blei auflösen. Wenn der pH-Wert der wässerigen Säurelösung eine Stufe von ungefähr 1.9 oder mehr erreicht hat, werden die Metallione und die Sulfidionen miteinander reagieren, und Metallsulfide werden sich aus der Lösung absetzen. Solche Metallsulfidabsetzungen können die gesäuerte Formation verstopfen oder auf andere Weise ernsthafte Schäden in einem Bohrloch und an assoziierten Fördergeräten verursachen.
  • Gemäß der Methoden der vorliegenden Erfindung wurde nun jedoch ein aldolamines Addukt mit einer wässerigen Säurelösung in einer solchen Menge kombiniert, welche ein Reagieren der Sulfidione mit den Metallionen verhindert, wenn die Säurelösung gelöste Sulfidione und gelöste Metallione beinhaltet. Dies bedeutet, dass das aldolamine Addukt vorzugsweise mit Sulfidionen in der wässerigen Säurelösung reagiert und auf diese Weise die Sulfidionen daran hindert, mit den darin enthaltenen Metallionen zu reagieren.
  • Aldol (CH3CH(OH)CH2CHO) wird daher hier als ein Wasserstoffsulfiddesoxidationsmittel angewendet, welches eine Metallsulfidabsetzung aus wässerigen Säurelösungen verhindert. Wenn Aldol oder eine wässerige Lösung von Aldol jedoch über eine Zeit hinweg aufbewahrt wird, wird es sich schnell in zwei Schichten trennen, wobei sich der gesamte Aldolgehalt auf die untere Schicht konzentrieren wird.
  • Die untere, das Aldol beinhaltende Schicht kann weder in der oberen Schicht noch in Wasser oder Säure erneut dispersiert werden. Das Aldol in der unteren Schicht weist in seiner Rolle als ein Sulfiddesoxidationsmittel ausserdem eine sehr geringe Aktivität auf. So kann die Anwendung von Aldol als ein Wasserstoffsulfiddesoxidationsmittel in einer wässerigen Säurelösung zu sehr unzufriendenstellenden Resultaten führen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung reagiert Aldol jedoch mit einem Amin, um auf diese Weise ein aldolamines Addukt zu formen. Das Aldol kann aus einer beliebigen Quelle entnommen werden, welche die Aldolschicht einschliesst, welche als ein Resultat der Aufbewahrung herausgetrennt wurde.
  • Die für das Vorbereiten des aldolaminen Adduktes verwendeten Amine müssen aus primären Aminen bestehen, welche eine Hydroxylfunktion innerhalb von drei Kohlenstoffatomen der Amingruppe beinhalten. Beispiele solcher Amine schliessen Monoethanolamin (HOCH2CH2NH2), 3-Amino-1-Propanol (H2NCH2CH2CH2OH), 3-Amino-1,2-Propanediol (H2NCH2CH(OH)CH2OH), und Tris(2-Hydroxyethyl)Methylamin (Tris(HOCH2CH2)3CNH2) ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Von diesen wird Monoethanolamin zurzeit bevorzugt.
  • Amine, welche nicht mit Aldol reagieren, um ein aldolamines Addukt zu formen, welches als ein Sulfiddesoxidationsmittel funktioniert, schliessen sekundäre Amine, Hydroxylamine, und Amine ohne die Hydroxylgruppe ein.
  • Das Aldol reagiert mit dem Amin, d. h. Monoethanolamin, zu einem Molverhältnis von Aldol zu Monoethanolamin in einem Bereich von ungefähr 1 : 1 bis 1 : 0.7, wobei ein aldolmonoethanolamines Addukt geformt wird. Das resultierende Addukt ist in wässerigen Säurelösungen lösbar und stabil. Das Addukt kann weiter ohne eine Heraustrennung über lange Zeiträume hinweg aufbewahrt werden. Das aldolamine Addukt kann als ein Wasserstoffsulfid-Desoxidationsmittelzusatzstoff in verschiedenen wässerigen Säurelösungen angewendet werden, welche anorganische Säuren, organische Säuren, oder Mischungen solcher Säuren beinhalten. Beispiele von anorganischen Säuren, mit welchen die Zusatzstoffe angewendet werden können, schliessen Salzsäure, Fluorwasserstoffsäure, und Fluoroborsäure ein. Beispiele von organischen Säuren schliessen Ameisensäure, Essigsäure, Zitronensäure, Milchsäure, Thioglycolsäure, und Glycolsäure ein. Im allgemeinen bestehen die für das Entfernen von Steinablagerungen oder das Stimulieren der Produktion von Öl und/oder Gas aus Untergrundbohrlochformationen angewendeten Säurelösungen aus wässerigen Säurelösungen, welche zum Großteil aus anorganischen Säuren bestehen. Dies bedeutet, σdass diese wässerigen Säurelösungen anorganische Säure in einer Menge innerhalb eines Bereichs von ungefähr 5% bis ungefähr 30% Massenanteil der Säurelösungen beinhalten.
  • Das aldolamine Addukt wird einer wässerigen Säurelösung vorzugsweise beigemischt, bevor die wässerige Säurelösung Sulfid- und Metallmischungen löst, d. h. vor dem Einführen der Säurelösung in eine Untergrundbohrlochformation, welche stimuliert werden soll, oder in ein Gerät, welches gereinigt werden soll. Andererseits kann das aldolamine Addukt der wässerigen Säurelösung auch während des Einpumpens derselben Säurelösung in ein Bohrloch oder einen anderen Ort beigemischt werden.
  • Die Menge des aldolaminen Adduktes, welches mit einer wässerigen Säurelösung kombiniert wird, sollte aus der geringstmöglichen Menge bestehen, welche ein Absetzen von Metallsulfiden aus der wässerigen Säurelösung während und nach der Umwandlung in Abfallsäure verhindern kann. Bei den meisten Anwendungen einschließlich der Säurebehandlung von sauren Untergrundbohrlochformationen wird die Menge des angewendeten aldolaminen Adduktes aus einer Menge von bis zu ungefähr 15% Massenanteil der wässerigen Säurelösung, und vorzugsweise aus einer Menge innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0.1% bis ungefähr 10% Massenanteil der wässerigen Säurelösung bestehen. Am bevorzugtesten wird das Addukt in einer Menge innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0.4% bis ungefähr 6% Massenanteil der wässerigen Säurelösung zu der wässerigen Säurelösung hinzugefügt.
  • Die Methoden und Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eignen sich besonders für das Durchführen von Säurestimulierungsbehandlungen in sauren Bohrlöchern. Wie schon erwähnt können dieselben jedoch auch für eine weite Reihe von verschiedenen anderen Anwendungen für das Entfernen von eisenhaltigen und nicht eisenhaltigen Metallsulfidsteinablagerungen von Metalloberflächen industrieller Geräte angewendet werden. Die Funktion des aldolaminen Adduktes als ein Sulfiddesoxidationsmittelzusatzstoff in einer wässerigen Säurelösung, welche für das Reinigen der Oberflächen auf die gleiche Art und Weise angewendet wird, gleicht dabei der Funktion desselben in einer wässerigen Säurelösung, welche für das Behandeln eines sauren Bohrloches angewendet wird, d. h. es reagiert mit Sulfidionen innerhalb der wässerigen Säurelösung, und hindert die Sulfidionen auf diese Weise daran, mit den darin befindlichen Metallionen zu reagieren und sich darauffolgend abzusetzen. Wie weiter schon erwähnt funktioniert das aldolamine Addukt in der wässerigen Säurelösung bei Temperaturen von weniger als ungefähr 200°F (93.33°C) ausserdem als ein Metalloberflächenkorrosionshemmer. Dies bedeutet, dass die Gegenwart des aldolaminen Adduktes in einer wässerigen Säurelösung die Korrosion von Metalloberflächen wie zum Beispiel der Metalloberflächen von Pumpen, rohrförmigen Geräten oder ähnlichem reduziert oder verhindert.
  • Eine wässerige Säurezusammensetzung der vorliegenden Erfindung für das Lösen von Metallmischungen und Sulfidmischungen bei einer minimalen Metalloberflächenkorrosion und Metallsulfidabsetzung umfasst Wasser, eine aus einer Gruppe ausgewählte Säure, welche anorganische Säuren, organische Säuren, und Mischungen derselben und ein aldolamines Addukt einschließt und innerhalb der Zusammensetzung in einer Menge vorhanden ist, welche für das vorzugsweise Reagieren mit Sulfidionen ausreicht, welche in der Zusammensetzung gelöst sind, und diese Sulfidione auf diese Weise daran hindert, mit darin enthaltenen Metallionen zu reagieren und sich abzusetzen.
  • Die wässerigen Säurezusammensetzungen können eine beliebige der weiter oben schon erwähnten anorganischen und organischen Säuren umfassen. Sie umfassen jedoch vorzugsweise eine grosse Menge einer anorganischen Säure und eine kleinere Menge einer organischen Säure, d. h. anorganische Säure in einer Menge innerhalb eines Bereichs von ungefähr 5% bis ungefähr 30% Massenanteil der wässerigen Säurezusammensetzung, und organische Säure in einer Menge innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0% bis ungefähr 10% Massenanteil des wässerigen Säurezusammensetzungen.
  • Wie weiter oben schon erwähnt ist das sulfiddesoxidierende aldolamine Addukt vorzugsweise in einer Menge innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0.1% bis ungefähr 10% Massenanteil der wässerigen Säurezusammensetzungen, und vorzugsweise in einer Menge innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0.4% bis ungefähr 6% in den wässerigen Säurezusammensetzungen vorhanden.
  • Eine typische wässerige Säurezusammensetzung der vorliegenden Endung umfasst Wasser, eine anorganische Säure, d. h. Salzsäure, welche in der Zusammensetzung in einer Menge von ungefähr 15% oder ungefähr 28% Massenanteil der Zusammensetzung vorhanden ist, und ein aldolmonoethanolamines Addukt, welche in der Zusammensetzung in einer Menge innerhalb eines Bereichs von ungefähr 0.4% bis ungefähr 6% Massenanteil derselben Zusammensetzung vorhanden ist.
  • Andere Komponente können in die Säurezusammensetzungen der vorliegenden Erfindung mit eingeschlossen werden und schliessen Korrosionshemmer, pH-kontrollierende Zusatzstoffe, Flüssigkeitsverlustzusatzstoffe, nicht emulgierende Mittel, Sauerstoffdesoxidationsmittel, Gegenlösungsmittel, und oberflächenaktive Mittel ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Je nach der jeweiligen Anwendung können eine oder mehrere dieser zusätzlichen Komponente angewendet werden, um den Grad der Metalloberflächenkorrosionshemmung und die erzielte Sulfidabsetzungskontrolle zu steigern. Sauerstoffdesoxidationsmittel können dazu angewendet werden, die Menge von Sauerstoff zu reduzieren, welche in der wässerigen Säurezusammensetzung vorhanden ist, um auf diese Weise das Formierung von Eisen durch eine Oxidierung von eisenhaltigen Metallen zu hemmen. Zusammensetzungen wie zum Beispiel Erythritsäure und hydroxylamine Komplexe dienen als Sauerstoffdesoxidationsmittel.
  • Zur weiteren Veranschaulichung der Methoden und Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung beziehen wir uns nun auf die folgenden Beispiele.
  • Beispiel 1
  • Aldol wurde zunächst mit verschiedenen Mengen von Monoethanolamin behandelt. Die Mengen des angewendeten Monoethanolamins betrugen 0.25, 0.50, 0.75 und 1 Molequivalente von Monoethanolamin pro Menge von Aldol. Die resultierenden Mischungen wurden heftig geschüttelt, und die Farbe der Reaktionsmischungen änderte sich nach mehreren Minuten von gelbgrün auf orange. Die Testmischungen wurden dann über eine Dreitageperiode hinweg gealtert, innerhalb welcher Zeit sich die Farben der Mischungen wieder änderten. Innerhalb einer Woche hatte sich die Farbe aller Testmischungen auf ein tiefes Rot stabilsiert. Die Stabilitäten der Testmischungen wurden über eine Zeitperiode hinweg bestimmt, wobei sich diejenigen als die stabilsten Testmischungen erwiesen, welche 1 und 0.75 Molequivalente Monoethanolamin pro Menge von Aldol enthielten. Die Stabilität der Testmischung mit 0.5 Molequivalenten MEA war geringer als diejenige der Mischungen, welche 1 und 0.75 Molequivalente enthielten, und die Testmischung mit 0.25 Molequivalenten Monoethanolamin war weniger stabil als die Mischung, welche 0.5 Molequivalente enthielt.
  • Beispiel 2
  • Eine Probe einer wässerigen Aldollösung, welche drei Jahre lang aufbewahrt worden war, wurde zunächst bezogen. Die Probe hatte sich in eine obere und eine untere Phase getrennt, und die obere Phase wies sehr wenig Farbe auf. Monoethanolamin wurde dem Aldol dann in einer Menge hinzugefügt, welche der Molmasse des Aldol gleichte. Die resultierende Mischung wurde mehrere Minuten lang geschüttelt, und als ein Resultat klärte sich die Mischung. Das resultierende 1 : 1 Molverhältnis des aldolmonoethanolaminen Adduktes wurde dann mehrere Tage lang gealtert und in 15% und 28% Salzsäurelösung getestet. Die Säurelösungen, welche das Addukt enthielten, wurde dann mit 300 psi (2068428 Pa) Stickstoffdruck in einen Überschuß von Eisensulfid (FeS) eingespritzt. Die Säure löste das Eisensulfid innerhalb von 10 Minuten vollständig. Der Druck wurde dann durch Lösungen von Kadmiumsulfat abgelassen, welche H2S festhielten und durch das Formen von Kadmiumsulfid (CdS) anzeigten, wieviel nicht desoxidiertes H2S in dem System zurück blieb. Es wurde eine gewisse Menge von CdS produziert, da FeS im Verhältnis zu dem Addukt in einem Molüberschuß vorhanden war. Das Addukt war in beiden Säurelösungen mindestens 24 Stunden lang stabil und erzielte ausgezeichnete sulfiddesoxidierende Resultate, welche hierfolgend in Tabelle I aufgeführt sind.
  • Figure 00070001
  • Tabelle I zeigt eindeutig, dass kleine Mengen des aldolmonoethanolaminen Adduktes der vorliegenden Erfindung ausgezeichnete sulfiddesoxidierende Resultate produzierten.
  • Beispiel 3
  • Das aldolmonoethanolamine Addukt der vorliegenden Endung wurde in verschiedenen Mengen zu Testproben einer 15%igen Salzsäure und einer 28%igen Salzsäure hinzugefügt. Es wurden dann mit diesen Testsäureproben bei verschiedenen Temperaturen durch ein vierstündiges Eintauchen von N-80 Stahlblechen Korrosionstests durchgeführt, wonach der Verlust von Metall von den Blechen festgelegt wurde. Die Resultate dieser Tests werden hierfolgend in Tabelle II aufgeführt.
  • Figure 00080001
  • Tabelle II zeigt eindeutig, dass das aldolmonoethanolamine Addukt der vorliegenden Erfindung sowohl als ein Metallkorrosionshemmer wie auch als ein Sulfitdesoxidiermittel in wässerigen Säurelösungen funktioniert.

Claims (14)

  1. Eine wässerige Säurezusammensetzung für das Säuern eines Bohrloches, wobei dieselbe Zusammensetzung Wasser, eine anorganische Säure, eine organische Säure, oder eine Mischung von zwei oder mehreren derselben umfasst; und ein aldolamines Addukt, wobei dasselbe aldolamine Addukt durch das Reagieren von Aldol mit einem primären Amin vorbereitet wird, welches eine Hydroxylfunktion innerhalb von drei Kohlenstoffatomen der Amingruppe beinhaltet.
  2. Eine Zusammensetzung nach Anspruch 1, bei welcher das vorgenannte aldolamine Addukt in einer Menge von bis zu 15% Massenanteil der vorgenannten Zusammensetzung vorhanden ist.
  3. Eine Zusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die vorgenannte Säure oder Säuremischung Salzsäure, Fluorwasserstoffsäure, oder Fluoroborsäure beinhaltet.
  4. Eine Zusammensetzung nach Anspruch 1, 2, oder 3, welche zwischen 5% und 30% Massenanteil der vorgenannten wässerigen Säurezusammensetzungen einer anorganischen Säure beinhaltet.
  5. Eine Zusammensetzung nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 4, welche Ameisensäure, Essigsäure, Zitronensäure, Milchsäure, Thioglycolsäure, oder Glycolsäure beinhaltet.
  6. Eine Zusammensetzung nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 5, welche bis zu 10% Massenanteil einer der vorgenannten wässerigen Säurezusammensetzungen einer organischen Säure beinhaltet.
  7. Eine Zusammensetzung nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 6, bei welcher das vorgenannte aldolamine Addukt aus einem aldolmonoethanolaminen Addukt besteht.
  8. Eine Methode für das Säuern eines sauren Bohrloches, welches Metallmischungen und Sulfidmischungen beinhaltet, wobei dieselbe Methode das Einführen einer wässerigen Säurezusammensetzung nach einem der obigen Ansprüche 1 bis 7 in das Bohrloch umfasst.
  9. Eine Methode für das Reduzieren einer Metallsulfidabsetzung innerhalb einer wässerigen Säurelösung, wenn dieselbe Säurelösung gelöste Metallione und Sulfidione beinhaltet, wobei dieselbe Methode das Reagieren eines aldolmonoethanolaminen Adduktes, welches in der vorgenannten wässerigen Säurelösung enthalten ist, mit den vorgenannten Sulfidionen umfasst.
  10. Eine Methode nach Anspruch 9, bei welcher das vorgenannte aldolmonoethanolamine Addukt in einer Menge von bis zu 15% Massenanteil der vorgenannten wässerigen Säurelösung vorhanden ist.
  11. Eine Methode nach Anspruch 9 oder 10, bei welcher die vorgenannte Salzsäure, Fluorwasserstoffsäure, oder Fluoroborsäure in der vorgenannten wässerigen Säurelösung vorhanden ist.
  12. Eine Methode nach einem der obigen Ansprüche 9 bis 11, bei welcher eine anorganische Säure in einer Menge von 5% bis 30% Massenanteil der vorgenannten wässerigen Säurelösung vorhanden ist.
  13. Eine Methode nach einem der obigen Ansprüche 9 bis 12, bei welcher Ameisensäure, Essigsäure, Zitronensäure, Milchsäure, Thioglycolsäure, oder Glycolsäure in der vorgenannten wässerigen Säurelösung vorhanden ist.
  14. Eine Methode nach einem der obigen Ansprüche 9 bis 13, bei welcher eine organische Säure in einer Menge von bis zu 10% Massenanteil der vorgenannten wässerigen Säurelösung vorhanden ist.
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