DE60214562T2 - Scherempfindliche abdichtflüssigkeit und methode zum abdichten einer unterirdischen formation - Google Patents

Scherempfindliche abdichtflüssigkeit und methode zum abdichten einer unterirdischen formation Download PDF

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Description

  • Verweis auf eine korrespondierende vorläufige Anmeldung
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldungen lfd. Nr. 60/309,538 sowie lfd. Nr. 60/334,444
  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein reaktives Abdichtfluid bzw. Abdichtflüssigkeit, welches ausgebildet ist, schnell zu gelieren, wenn es einer hohen Scherkraft ausgesetzt ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abdichten einer unterirdischen Formationszone, insbesondere zum Ausheilen erheblicher Schlammverluste, wenn eine Bohrung gebohrt wird.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Zirkulationsverlust während des Bohrens ist ein großes Problem. Die Kosten der Bohrung steigen dramatisch durch den Zeitverlust durch verspätete Bohrlochförderung und auch durch die damit zusammenhängenden Bohrprobleme, wie Rohrhaften und Sicherheitsprobleme. Die bekannteste Technik, um Zirkulationsverlust zu bekämpfen, ist die Zugabe eines Zirkulationsverlust-Materials (LCM) in das Bohrfluid. Gekörnte Flocken und faserartige Partikel, im Wesentlichen basierend auf zellulosischen Materialien, werden verwendet, um Brüche, Drusen und poröse Zonen abzudichten. Mineralien wie Glimmer werden herkömmlich auch verwendet. Wenn sogar hohe Konzentrationen an Zirkulationsverlust-Matrialien die Bohrfluidzirkulation nicht wiederherstellen, wird eine Zementabdichtung angeordnet. Die Zementabdichtung verdichtet die Lücken, aber füllt auch das offene Bohrloch und muss durchbohrt werden, bevor das Bohren des Bohrlochs fortgeführt wird. Sehr oft muss die Behandlung mehrmals wiederholt werden, bevor eine richtige Dichtung erzielt wird.
  • Andere Techniken beinhalten die Verwendung reaktiver Fluide. Zwei reaktive Fluide werden entweder in der Nähe der Formation vermischt, wo der Verlust auftritt, wobei ein erstes Fluid durch den Bohrstrang gepumpt wird und ein zweites Fluid abwärts des Ringraums verlagert wird. An der Grenzschicht der beiden Fluide erlaubt der turbulente Fluss die schnelle Bildung einer gummiartigen festen Masse, üblicherweise bekannt als Schmiere ("gunk"). Ein anderes Verfahren verwendet vernetzte Polymer-Gele, deren Reaktion an der Oberfläche initiiert wird. In beiden Fällen ist die Technologie sehr riskant, weil leichte Veränderungen in der Zusammensetzung, Temperatur oder Fluid-Kontamination zu permanenter Gellierung in und um die Bodenlochsohlenausrüstung führen kann, was zu bedeutenden Arbeitsausfällen führt.
  • Es ist auch bekannt, sogenannte rheotropische Flüssigkeiten als Abdichtfluide zu verwenden, welche bei hoher Beanspruchung verdicken. US 4,663,366 beschreibt eine derartige Polycarbonsäure, welche eine Wasser-in-Öl-Emulsion beinhaltet, wobei die Ölphase hydratisierbaren wasser-quellenden hydrophilen Lehm, wie Bentonit, und die wässerige Phase ein gelöstes Polyacrylamid und eine Polycarbonsäure beinhaltet. Das Erstarren bzw. Setzen dieses Abdichtfluids erfolgt als ein Ergebnis eines Quellens des Bentonits, wenn letzteres mit Wasser in Kontakt kommt. Jeder dispergierte Tropfen der wässerigen Phase ist mit einem Polymermaterial überzogen, so dass der Kontakt nur stattfindet, wenn die Emulsion einer hohen Scherbeanspruchung ausgesetzt wird, welche diesen Überzug aufbricht.
  • Ein anderes rheotropisches Abdichtfluid ist bekannt aus US 5,919,739 (Sunde et al.). Wie die Emulsion aus US 4,663,366 , basiert das Fluid auf einer "lockeren" inverten Emulsion. Die kontinuierliche Phase schafft ein Einkapselungsmedium für einen Vernetzer und die interne Phase besteht aus einer hohen Konzentration eines Polymers, während die Grenzflächenspannung zwischen den zwei Phasen beibehalten wird durch eine Konzentration eines lipophilen oberflächenaktiven Tensids.
  • Ein bevorzugtes Abdichtfluid der Sunde et al.-Patentanmeldung besteht aus ca. 25 Vol.-% einer kontinuierlichen Phase, beinhaltend eine hydrophobe Flüssigkeit ausgewählt aus Mineralölen, Pflanzenölen, Estern und Ethern, einem Emulgator auf Triglycerid-Basis, Bentonit und Calciumhydroxid und aus ca. 75 Vol.-% einer dispergierten wässerigen Phase bestehend aus Wasser, Xanthan und optional einem Beschwerungsmittel wie Barit. Wenn diese Art von Fluid einen signifikanten Druckabfall erfährt, findet eine Inversion der Emulsion statt und der Vernetzer gelangt in die wässerige Phase, wodurch sich ein Gel bildet.
  • Die letztere Art von Abdichtfluid kann für mehrere Wochen ohne Reaktion gelagert werden und mit einer Zentrifugalpumpe für mehrere Stunden gepumpt werden. Die Gelbildung erfolgt schnell und wird ausgelöst lediglich dadurch, dass das Abdichtfluid hohen Scherkräften ausgesetzt wird, zum Beispiel wenn es durch die Bohrkrone geleitet wird. Die Verwendung dieser Art von Abdichtfluid ist jedoch durch das Fehlen von Unempfindlichkeit sowie das Schrumpfen mit der Zeit begrenzt. Weiterhin wird das Gel über einer Temperaturschwelle von ca. 90 °C weniger stabil und wird durch das Aufbrechen der vernetzten Bindungen zu einem viskosem Fluid.
  • Es wäre deshalb wünschenswert, ein neuartiges Abdichtfluid zu schaffen, welches effektiv die Problemzone abdichten kann und über einen großen Temperaturbereich stabil ist. Es besteht ferner die Notwendigkeit für eine Kontrolle der Bohrung für bessere Verfahren, beinhaltend Bestückungsstrategien, um zu helfen, Aufgaben erfolgreich zu machen.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Deshalb schafft die Erfindung ein Abdichtfluid bzw. eine Abdichtflüssigkeit zum Abdichten einer unterirdischen Formationszone, die ein Bohrloch umgibt, bestehend aus einer Emulsion umfassend eine dispergierte wässerige Phase, beinhaltend eine wässerige Base und eine hydrophobe kontinuierliche Phase, beinhaltend ein gepfropftes Hydroxyethylcellulosederivat-Polymer, ein Tensid und einen Vernetzungsaktivator des Hydroxyethylcellulose-Polymers.
  • Es wird vermutet, dass die Emulsion invert ist (Wasser-in-Öl), obwohl sie auch direkt sein kann (Öl-in-Wasser) mit weiteren Wassertröpfchen in den großen Öltröpfchen, z.B. eine inverte Emulsion in einer direkten Emulsion.
  • Die gepfropften Polymere, welche zur Ausführung der Erfindung geeignet sind, sind Celluloseetherderivate mit gepfropfter Vinylphosphonsäure.
  • Das Celluloseetherderivat ist bevorzugt eine Hydroxyalkylcellulose, wobei das Alkyl ausgewählt ist aus der Gruppe aus Ethyl und Propyl. Die bevorzugte Hydroxyalkylcellulose ist 2-Hydroxyethylcellulose. Ein Verfahren zum Herstellen von Celluloseethern mit mindestens einem Phosphor-enthaltenden Substituenten ist aus US 4,413,121 bekannt, worauf sich hiermit bezogen wird und was hiermit als Referenz eingeführt wird.
  • Das Prinzip des Erstarrens bzw. Setzens der Abdichtflüssigkeit der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen das gleiche wie für die Abdichtflüssigkeit aus US 4,663,366 , die oben beschrieben wurde. Es ist das Vernetzen der gepfropften Hydroxyalkylcellulose, was die Gelbildung verursacht. Vernetzbare Cellulosederivate sind aus dem Stand der Technik als polymere Viskositätssteigerer bekannt, welche in der Ölindustrie, insbesondere zum Kontrollieren des Fluidverlustes in unterirdischen Formationen, verwendet werden. Es wird zum Beispiel auf US 5,439,057 und US 5,680,900 verwiesen. Eine Vernetzungs-Bindung wird erzeugt zwischen einem Metallion und den entsprechenden Gruppen entlang der Polymerkette der Polysaccharide. Dadurch, dass die Abdichtflüssigkeit einem Druckverlust größer als 2 MPa über eine kleine Dimension ausgesetzt wird, wird geglaubt, dass die Emulsion invertiert oder sich umdreht von ihrem inverten Zustand in einen stabileren direkten Zustand. Der Bruch der Emulsionstropfen entlässt den Vernetzungsaktivator in die wässerige Phase und schafft deshalb ein metallisches zweiwertiges Ion, um mit dem Celluloseetherderivat zu vernetzen und die Gelstruktur zu bilden.
  • Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Das bevorzugte Polymer, welches in dieser Erfindung verwendet wird, ist eine derivatisierte Hydroxyethylcellulose, insbesondere 2-Hydroxyethylcellulose, gepfropftes Vinylphosphonsäurepolymer. Das Verhältnis von 2-Hydroxyethylcellulose zu Vinylphosphonsäuremonomeren in dem gepfropften Polymer liegt typischerweise im Bereich von ca. 5 % bis ca. 20 % und ein bevorzugtes Verhältnis liegt bei ca. 10 % bis ca. 12 %. Der Konzentrationsbereich liegt von 0,1 bis 5 Gew.-%, wobei 2 Gew.-% typischerweise bevorzugt werden. Gesteigerte Polymerkonzentrationen resultieren in stabileren bzw. steiferen Gelen.
  • Die Vernetzungsagenzien oder Vernetzungsaktivator-Zumischungen werden ausgewählt aus den Gruppen bestehend aus Eisen(III)-Verbindungen, Bor-(z.B. Borsäure, Boratsalze), Titan(IV)-, Zirconium(IV)-, Aluminium(III)-, Antimon(V)-Verbindungen, welche zweiwertige Calcium- und Magnesiumionen (z.B. Magnesiumoxid und Calciumoxid), Amine (Mono-, Di- oder Trialkanol); Cocoamine, Pentamine, Alkyldiethanolamine), Acetate (z.B. Natriumacetat), Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Puffer, wie Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat und Natriumacetat; und/oder andere Additive, welche Hydroxylionen in wässerigen Lösungen erzeugen, wie Ammoniak, Ammonverbindungen und Ammoniak-erzeugende Verbindungen, z.B. Harnstoff; chelatisierende Agenzien, wie Natriumlactat, Salze von Hydroxyethylaminocarbonsäuren, wie Hydroxyethylethylendiamintriessigsäure (EDTA), Natriumgluconat, Sorbit und Glycerol.
  • Die bevorzugten Vernetzungs/pH-Kontrollagenzien sind Magnesiumoxid, Natriumcarbonat, EDTA und Natriumtetraborat. Der Konzentrationsbereich für Magnesiumoxid liegt bei 0,01 bis 3 Gew.-%, bevorzugt bei ca. 0,5 bis ca. 1,5 Gew.-%. Der Konzentrationsbereich für Natriumcarbonat liegt bei 0,01 bis 3 Gew.- %, bevorzugt bei ca. 0,1 bis 1 Gew.-%. Der Konzentrationsbereich für EDTA liegt bei 0,01 bis 3 Gew.-%, bevorzugt bei ca. 0,1 bis 1 Gew.-% und der Konzentrationsbereich für Natriumtetraborat liegt bei ca. 0,01 bis 3 Gew.-%, bevorzugt bei ca. 0,1 bis 1 Gew.-%.
  • Jeder saubere flüssige Kohlenwasserstoff kann für die organische Phase bzw. Ölphase verwendet werden. Das Öl kann vorteilhafterweise ausgewählt sein aus jedem Basisöl, welches für Bohrfluide geeignet ist, wie Mineralöle, pflanzliche Öle, Ester- und Etheröle, Diesel, Alphaolefine, Polyolefine, n-Alkane und Mischungen daraus. Ausgewählte Öle müssen kompatibel sein mit dem verwendeten Bohrfluid und den Umgebungs-Bestimmungen, welche zum Beispiel die Verwendung von Aromaten-beinhaltenden Ölen auf Hochseeanlagen verhindern. Der Konzentrationsbereich für die Ölphase liegt bei ca. 5 bis ca. 70 Gew.-%, bevorzugt bei ca. 10 bis ca. 25 %.
  • Das verwendete Wasser ist bevorzugt frisches Leitungswasser. Nicht-kontaminiertes Bohrwasser, wie Seewasser oder dünne Sole bzw. Brine, verdünnt mit ca. 50 % frischem Wasser, kann ebenfalls verwendet werden. Der Konzentrationsbereich liegt bei ca. 30 bis ca. 95 Gew.-%, insbesondere bei ca. 70 bis ca. 90 Gew.-%.
  • Die Vernetzungsbindung, ausgebildet zwischen dem Metallion und der Hydroxylgruppen, läuft zusammen, wenn der pH-Wert zwischen 11 und 13 eingestellt ist.
  • Herkömmliche kommerziell erwerbliche Emulgatoren können verwendet werden, ausgewählt auf der Basis ihrer Kompatibilität mit der basischen Umgebung und der vorgesehenen Verwendungstemperatur. Lipophile Tenside, die verwendet werden, um Wasser-in-Öl-Emulsionen als Bohrfluide zu erzeugen, die einen hohen Wassergehalt (mehr als 50 Vol.-%) umfassen und dem Fachmann bekannt sind, können die benötigte Emulsionsstärke schaffen. Bevorzugte Emulgatoren basieren auf einer Kombination von Fettsäuren und Polyamiden oder auf Triglycerid. Die Erstarrungszeit der Abdichtflüssigkeit hängt von der Menge des Emulgators ab: Das Hinzufügen einer kleinen Menge eines Emulgators resultiert in einer sehr kurzen Erstarrungszeit und einer sehr instabilen Emulsion. Im Gegensatz dazu resultiert eine große Konzentration der Emulsion in einem zu stabilen Fluid, einer sehr langen Erstarrungszeit und größeren Scherkräften, die für die Gelbildung benötigt werden. Die bevorzugten Tenside sind Polyamidderivate mit Konzentrationen im Bereich von ca. 0,01 bis ca. 5 Gew.-%, besonders vorteilhaft von ca. 0,1 bis ca. 3 Gew.-%, um die Scherrate zu kontrollieren, die zum Invertieren der Emulsion benötigt wird.
  • Die Abdichtflüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung kann optional zusätzliche Additive, wie ein Erstarrungs-Beschleuniger, Zirkulationsverlust-Material und Streckmittel, umfassen.
  • Das Abdichtsystem gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei einem ausgedehnten Temperaturbereich verwendet werden, der im Bereich von ca. 40 °F bis ca. 325 °F (ca. 4 °C bis ca. 163 °C) liegt.
  • Obwohl es nicht bevorzugt ist, kann die Abdichtflüssigkeit auch herkömmliches Zirkulationsverlust-Material umfassen, wie Spannstopfen ("nut plug"), Fasern, Calciumcarbonat, Glimmer etc. Wenn die Abdichtflüssigkeit durch die Bohrerspitze geleitet wird, müssen die Zirkulationsverlust-Materialien von feiner oder mittlerer Güte sein, in Abhängigkeit von der Größe der Düsen an der Krone.
  • Streckmittel sowie Lehm werden gewöhnlich in Bohrlochfluiden verwendet, um die Suspension der Feststoffe zu verbessern, um die Abscheidung von Feststoffpartikeln, wie Verbrückungsagenzien, zu verhindern. Bentonit wird bevorzugt aufgrund seiner Fähigkeit, große Mengen an Wasser zu absorbieren, und deshalb die Verdünnung des Gels durch Wassereinfluss zu verhindern. Bentonit steigert weiterhin die Gelfestigkeit des Schlamms und verbessert die Suspension von Feststoffen, wenn Zirkulationsverlust-Material zusätzlich beinhaltet ist.
  • Die Abdichtflüssigkeit der Erfindung kann ebenfalls in Verbindung mit Beschwerungsagenzien verwendet werden. Die Beschwerungsagenzien sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Barit, Ilmenit, Hematit, Mangan- und Calciumcarbonat. Werden die festen Beschwerungsadditive zu der Ölphase gegeben, wird die Dichte gewöhnlich eingestellt zwischen 0,98 g/cm3 (kein Beschwerungsagens) und 1,68 g/cm3. Wo die festen Beschwerungsadditive zu der wässerigen Phase gegeben werden, kann eine höhere Dichte erreicht werden, bis zu ca. 2 g/cm3.
  • Eine bevorzugte Abdichtflüssigkeit gemäß der Erfindung umfaßt 15,65 Gew.-% an Dieselöl, 0,18 Gew.-% eines Polyamidderivates (Emulgator), 1,96 Gew.-% einer derivatisierten Hydroxyethylcellulose (2-Hydroxyethylcellulose 89–90 Gew.-%, gepfropftes Vinylphosphonsäurepolymer 10–11 Gew.-%, Molekulargewicht 1.300.000), 78,27 Gew.-% frisches Wasser und als Vernetzungsagens/-aktivator 1,27 Gew.-% Magnesiumoxid, 0,51 Gew.-% Natriumcarbonat, 0,67 Gew.-% Natriumtetraboratpentahydrat und 0,51 Gew.-% des Trikaliumsalzes von EDTA.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Verfahren zum Herstellen der neuen Abdichtflüssigkeit die Schritte: Lösen des Emulgators im Öl unter leichtem Rühren (z.B. 400 Umdrehungen pro Minute, RPM) für ca. zwei Minuten, Hinzufügen aller anderen flüssigen oder festen Additive, beinhaltend das Polymer, zu dem Basisöl, unter dem selben leichten Rühren für ungefähr den gleichen Zeitraum, um eine Vormischung zu schaffen, die alle Bestandteile der Emulsion außer Wasser umfasst, und Hinzufügen von Wasser zum Beispiel mit einem statischen Mixer unmittelbar bevor sie abwärts des Loches gepumpt wird, so dass das Polymer nicht in die wässerige Phase wandert und es demnach nicht vor dem Aufbrechen der Emulsion hydratisiert wird. Es sollte erwähnt werden, dass eine weitgehende Wanderung und Hydratation des Polymers erhalten wird in einem Zeitraum von mehreren Minuten, z.B. zwischen ca. 15 und 30 Minuten. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Emulsion weniger als eine Minute, bevorzugt ca. 30 Sekunden nach dem Vermischen gepumpt, so dass keine signifikante Hydratation in einem so kurzen Zeitraum auftreten kann.
  • Diese Vormischung kann gelagert und vor Ort belassen werden, bis sie benötigt wird, wobei vorgesehen ist, dass eine unplanmäßige Zugabe von Wasser verhindert wird, um eine dramatische Steigerung der Viskosität zu verhindern.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Platzieren einer Abdichtung in einem Bohrloch, um Zirkulationsverlust zu behandeln. Die bevorzugte Praxis nach Antreffen einer Zirkulationsverlustzone ist es, die Zone so schnell wie möglich zu behandeln. Die Tiefe der niedrigsten Zirkulationsverlustzone kann ermittelt werden durch Protokollierung (z.B. mit Bilderzeugungsmitteln) oder durch Auftragen der Tiefe gegen die Verlustrate. Eine genaue Ortsermittlung ist ein wesentlicher Punkt um sicherzustellen, dass die Abdichtpille ("plugging pill") unter dem Zirkulationsverlustgebiet plaziert wird. Die Pille wird bevorzugt durch die Bohrer-Düsen gepumpt unter Verwendung von Pillen, welche ein Volumen von ca. 5–15 m3 aufweisen. Nach dem Pumpen einer ersten Pille wird der Bohrung erlaubt, sich auszugleichen, und Versuche sollten unternommen werden, um Zirkulation zu erreichen. Wenn die gesamte Zirkulation nicht erzielt wird, können zwei oder drei Pillen benötigt werden, um die Zone effektiv abzudichten.
  • Diese und andere Merkmale der Erfindung werden durch den Fachmann anerkannt und verstanden aus der detaillierten Beschreibung und den folgenden Beispielen.
  • Laboruntersuchungen und Beispiel
  • Eine Fluidpille wurde gemäß der bevorzugten Formulierung gemischt, folglich umfassend 80 g Dieselöl, 0,94 g eines Polyamidderivats (Emulgator), 10 g einer derivatisierten Hydroxyethylcellulose (2-Hydroxyethylcellulose 89–90 Gew.-%, gepfropftes Vinylphosphonsäurepolymer 10–11 Gew.-%, Molekulargewicht 1.300.000), 400 g frisches Wasser und als Vernetzungsagens/-aktivator 6,5 g Magnesiumoxid, 2,6 g Natriumcarbonat, 3,4 g Natriumtetraboratpentahydrat, 5 g feines Silica und 2,6 g EDTA (Trinatriumsalz).
  • Das Öl wird in einem Gefäß plaziert und gerührt. Zu der gerührten Ölphase wird langsam das Tensid gegeben, bis das Tensid im Öl gelöst ist, unter Rühren von 400 RPM für 2 Minuten. Feste Additive (Magnesiumoxid, Natriumcarbonat, Polymer, Natriumtetraboratpentahydrat, feines Silica und Ethylendiamintriessigsäure) werden danach zu dem Basisöl (in beliebiger Reihenfolge) unter Rühren bei 400 RPM für weitere 2 Minuten hinzugefügt. Die Emulsion wird gebildet durch langsames Hinzugeben von Wasser zu der gerührten Ölphase und während einer Steigerung der Mischergeschwindigkeit auf ein Maximum von 600 RPM, um die erwünschte Emulsion in weniger als 30 Sekunden zu erhalten.
  • Verfahren zum Invertieren der Emulsion mit Scherung: Die Emulsion wird invertiert durch Aufbringen einer Scherung. Die Scherung kann im Labor in einer Vielzahl von Verfahren simuliert werden. Als ein Beispiel sind drei verschiedene Möglichkeiten wie folgt vorgesehen: Das Verwenden einer Schereinheit, das Verwenden einer modifizierten API Fluidverlustzelle und das Verwenden eines schaufelartigen Mischers (herkömmlicher Mischer nach Waring).
    • 1) Verwenden einer Schereinheit – Gleich dem in US 5,717,131 Beschriebenen: Die Emulsion strömt in ein Reservoir aus, der Druckeingang ist eingestellt auf 7 bar (100 psi) und die Scherdüse wird auf 35 bar (500 psi) eingestellt durch anfängliches Testen mit einem niedrigviskosen Fluid. Die umgedrehte Emulsion wird am Ausgang in einem Plastikbecher oder kleinen Plastikwürfeln oder in einem Gummischlauch für anschließende Extrusions-Untersuchungen gesammelt.
    • 2) Verwenden einer modifizierten API Fluidverlust-Zelle: In einer Hochtemperatur-Hochdruck-Fluidverlust-Zelle, welche gewöhnlich verwendet wird, um Fluidverlust-Untersuchungen für Zementschlamm durchzuführen. Ein Kolben, ausgestattet mit zwei O-Ringen, um einen guten Kontakt zu haben, wird in die Zelle eingebracht. Der Kolben wird auf den Boden der umgedrehten Fluidverlust-Zelle gedrückt. Die Emulsion wird in die Fluidverlust-Zelle eingefüllt und ein Spacer ohne das Filtersieb wird hinzugefügt, um ein Leck zu verhindern, und die Kappe wird fixiert. Die Kappe ist ausgestattet mit einem Ventil mit einem ¼-Inch-Ende. Die Fluidverlust-Zelle wird umgedreht und auf ihrem Sockel platziert und eine Druckverbindung wird montiert. Ein Druck von 35 bar (500 psi) wird angelegt. Das obere Ventil wird geöffnet, was es erlaubt, dass die Emulsion gegen den Kolben gedrückt wird. Das Bodenventil wird kurz geöffnet und geschlossen, um eine Ausladung zu verhindern und die umgedrehte Emulsion wird in einem Kunststoffbecher oder kleinen Kunststoffwürfeln gesammelt.
    • 3) Verwenden eines schaufelartigen Mischers: Nachdem die Emulsion vorbereitet wurde, wird sie für 20 Sekunden gemischt bei 7000 RPM in einem schaufelartigen Mischer. Die umgedrehte Emulsion wir in einen Kunststoffbecher oder kleine Knuststoffwürfel gegossen.
  • Extrusionstest-Methode: Die Emulsion wird vorbereitet wie oben beschrieben und mit der Schereinheit umgedreht. An dem Auslass der Schereinheit ist ein Gummischlauch angeschlossen. Die umgedrehte Emulsion läuft durch den Schlauch, wobei sie ihn vollständig ausfüllt. Sobald die umgedrehte Emulsion den Schlauch verlässt, wird der Schlauch von der Schereinheit abgenommen und an eine Druckleitung angeschlossen. Der Druck wird eingestellt mit einem Regulierer, welcher erlaubt, dass Stickstoffgas das Gel drückt. Der Druck, der benötigt wird, um das Gel zu extrudieren, wird auf dem digitalen Maß abgelesen und aufgezeichnet. Dieser Extrusionstest kann durchgeführt werden bei Gel in dem Gummischlauch direkt nach dem Umdrehen oder es kann erlaubt werden, dass es für einen Zeitraum von Stunden vor dem Extrudieren altert.
  • Es ist auch möglich, den Gummischlauch an die modifizierte API Fluidverlust-Zelle anzuschließen, um die Emulsion in dem Gummischlauch umzudrehen. Extrusionstests von dem Gel können dann ausgeführt werden.
  • Figure 00120001
  • Die Gele wurden bei Raumtemperatur geschert und bei Raumtemperatur bis zu 325 °F plaziert. Das Gel wurde dann abgekühlt und visuell untersucht. In einer anderen Untersuchung wurde die Emulsion vor dem Scheren auf 300 °F gebracht und anschließend geschert. In beiden Fällen wurde ein starkes Gel gebildet, auch wenn das Gel, das bei 300 °F gebildet wurde, noch stärker war.
  • Yard-Test
  • Ein Yard-Test wurde durchgeführt, um die Bildung einer Emulsion durch einen statischen Mischer zu beurteilen. Der statische Mischer hat den Kontakt zwischen der Ölphase und dem mischenden Wasser verbessert, um eine homogene Emulsion zu erzeugen. Eine Drossel wurde verwendet, um den Druckabfall bereitzustellen, der benötigt wurde, um die Emulsion zu invertieren und ein Gel zu bilden.
  • Eine nicht beschwerte Emulsion wurde vorbereitet, bestehend aus 320 Liter Dieselöl (Basisöl), 19,2 Liter eines Polyamidderivats (Emulgator), 24.09 kg eines Vernetzungsaktivators umfassend Magnesiumoxid, dihydriertes Talg-Dimethylammoniumbentonit und ethoxyliertes Octylphenol, 4,82 kg Sodaasche als Puffer, 48,23 kg eines Viskositätssteigerers, eine derivatisierte Hydroxyethylcellulose (2-Hydroxethylycellulose 89–90 Gew.-%, gepfropftes Vinylphosphonsäure-Polymer 10–11 Gew.-%, Molekulargewicht 1.300.000), 12,53 kg Natriumtetraboratdecahydrat, 9,64 kg Tetranatriumethylendiamintetraessigsäure (Tetranatrium EDTA), 24,09 kg kristallines Silicapulver und 1927 Liter Wasser.
  • Eine beschwerte Emulsion wurde ebenfalls vorbereitet, bestehend aus 357,7 Liter Basisöl, 14,31 Liter des Emulgators, 17,89 kg des Vernetzungsaktivators, 3,58 kg des Puffers, 35,78 kg des Viskositätssteigereres, 9,30 kg Natriumtetraboratdecahydrat, 7,16 kg Tetranatrium-EDTA), 17,89 kg kristallines Silicapulver und 1430 Liter Wasser.
  • Vor der Vermischung der Ölphase wurde die Drossel mit Wasser kalibriert und alle Leitungen wurden mit Druck geprüft. Zwei Barrel (317,97 Liter) Öl wurden zusammen mit dem Emulgator in den Bottich hinzugefügt, zirkuliert und in den Entladetank, um alles Wasser aus den Leitungen zu entfernen abgelassen.
  • Der Emulgator wurde zuerst zu der Ölphase in den Bottich hinzugefügt. Der Mischung wurde es erlaubt, sich für 2 Minuten zu vermischen. Die festen Additive wurden dann eingemischt und der Mischung wurde es erlaubt, für 10 Minuten zu rühren. Zwei separate Leitungen wurden verwendet, um die Ölphase und das Wasser zu pumpen. Die beiden Leitungen waren verbunden, um eine einzige Leitung, und damit den Start der Bildung der Emulsion zu bilden. Vier verschiedene Konfigurationen wurden verwendet, um das Gel zu bilden:
    • – Aufgereihte Ventile, um zu vermeiden, dass die Emulsion durch den statischen Mischer und die Leitungen gelangt, welche nicht mit Drosseln ausgerüstet sind.
    • – Aufgereihte Ventile, um durch den statischen Mischer und die Drossel zu verlaufen, welche einen Druckabfall gleich 250 psi vor dem Erreichen des Ausgangs erzeugen.
    • – Die Emulsion wurde nicht durch den statischen Mischer geleitet aber durch die Drossel geleitet.
    • – Die Emulsion wurde durch den statischen Mischer ohne eine installierte Drossel geleitet.
  • Wenn die Ölphase in dem Bottich gemischt wurde, wurden Proben gesammelt und unter Verwendung eines schaufelartigen Mischers wurde Wasser eingemischt, um die Homogenität der Emulsion zu verifizieren. Die Untersuchungen reproduzieren frühere Ergebnisse, welche in dem Labor erzielt wurden. Durch das kleine Volumen erhöhte sich die Temperatur des Bottichs. Um die Lösung des Polymers sicherzustellen, wurde für die beschwerte Lösung das Polymer sanft zugegeben direkt nach dem Hinzufügen des Emulgators. Der Mischung wurde es erlaubt, für nicht weniger als 10 Minuten zu rühren, wobei die anderen Chemikalien zugegeben wurden, wie es vorher getan wurde.
  • Die Ölphase wurde erfolgreich durch die Zugabe von Barit beschwert. Nach der Zugabe von Wasser durch den statischen Mischer, wurde eine homogene Emulsion gebildet. Die Ölphase wurde vermessen unter Verwendung eines mit Druck beaufschlagten Schlamm-Abgleichs, und die Dichte betrug 1,69 g/cm3.
  • Zusammenfassend waren die Ergebnisse wie erwartet. Die Zugabe einer Drossel hat den Druckabfall erzeugt, der benötigt wurde, um die Emulsion aus ihrer Ölphase in die Wasserphase umzukehren und um ein starkes Gel mit einem Druckverlust von 250 psi zu bilden. In Abwesenheit einer Drossel hat der statische Mischer alleine nicht genug Energie erzeugt, um die Emulsion umzudrehen.

Claims (14)

  1. Abdichtflüssigkeit zum Abdichten einer unterirdischen Formationszone, die ein Bohrloch umgibt, im wesentlichen bestehend aus einer Emulsion, umfassend eine dispergierte wässrige Phase, beinhaltend eine wässrige Base und eine hydrophobe kontinuierliche Phase, beinhaltend ein Polymer, bestehend aus einem gepfropften Celluloseetherderivat, einem Tensid und einem Vernetzungsaktivator des Polymers.
  2. Abdichtflüssigkeit nach Anspruch 1, wobei das Polymer ein Derivat der gepfropften polymeren Hydroxyalkylcellulose als Pfropfpolymer ist.
  3. Abdichtflüssigkeit nach Anspruch 2, wobei das Polymer mit Vinylphosphonsäure gepfropfte 2-Hydroxyethylcellulose ist.
  4. Abdichtflüssigkeit nach Anspruch 3, wobei das Verhältnis von 2-Hydroxyethylcellulose und Vinylphosphonsäure-Monomeren im Pfropfpolymer im Bereich von etwa 5 % bis etwa 20 % liegt.
  5. Abdichtflüssigkeit nach Anspruch 1, wobei der Vernetzungsaktivator vom Polymer aus den Gruppen ausgewählt ist, umfassend die Verbindungen Eisen(III)-, Bor-, Titan(IV)-, Zirconium(IV)-, Aluminium(III)- und Antimon(V)-Ionen; Verbindungen, die zweiwertige Calcium- und Magnesiumionen, Amine, Acetate, Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Natriumcarbonat, Kaliumcarbonat, Natriumacetat, Ammoniak, Ammoniak-erzeugende Verbindungen, chelatisierende Verbindungen, Natriumgluconat, Sorbit und Glycerol und Mischungen daraus enthalten.
  6. Abdichtflüssigkeit nach Anspruch 5, wobei der Vernetzungsaktivator eine Beimischung, bestehend aus Magnesiumoxid, Natriumcarbonat, Hydroxyethylethylendiamintriessigsäure und Natriumtetraborat umfaßt.
  7. Abdichtflüssigkeit nach Anspruch 1, wobei das Öl in einer Konzentration von etwa 5 bis etwa 70 Gew.-% vorhanden ist, und das Wasser in einer Konzentration von etwa 30 bis etwa 95 Gew.-% vorhanden ist.
  8. Abdichtflüssigkeit, umfassend etwa 10 bis 25 Gew.-% Dieselöl, 0,1 bis 3 Gew.-% eines Polyamidderivats, 0,1 bis 5 Gew.-% einer mit Vinylphosphonsäure gepfropften 2-Hydroxyethylcellulose, 70 bis 90 Gew.-% frisches Wasser, 0,5 bis 1,5 Gew.-% Magnesiumoxid, 0,5 bis 1 Gew.-% Natriumcarbonat, 0,1 bis 1 Gew.-% Natriumtetraboratpentahydrat und 0,1 bis 1 Gew.-% Hydroxyethylethylendiamintriessigsäure.
  9. Verfahren zum Herstellen einer Abdichtflüssigkeit, umfassend die Schritte des Lösens eines Tensids in einem Öl, Hinzufügen eines Polymers bestehend aus einem gepfropften Celluloseetherderivat und einem Vernetzungsadditiv des Polymers zum Herstellen einer Vormischung, und zum Vermischen der; Vormischung mit Wasser.
  10. Verfahren zum Abdichten einer Zirkulationsverlust-Zone in einem Bohrloch, umfassend die Schritte des Pumpens einer Abdichtflüssigkeit, bestehend aus einer Emulsion, umfassend eine dispergierte wässrige Phase, beinhaltend eine wässrige Base und eine hydrophobe kontinuierliche Phase, beinhaltend ein Polymer, bestehend aus einem gepfropften Celluloseetherderivat, einem Tensid und einem Vernetzungsaktivierer des Polymers, und Initiieren der Gelbildung der Abdichtflüssigkeit durch Scherkräfte.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Scherkräfte durch die Düsen des Bohrmeißels aufgebracht werden.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei es dem Polymer nicht erlaubt wird, vor der Initiierung der Gelbildung der Abdichtflüssigkeit durch Scherkräfte signifikant zu hydratisieren.
  13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Polymer ein Derivat der gepfropften polymeren Hydroxyalkylcellulose als Pfropfpolymer ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Polymer mit Vinylphosphonsäure gepfropfte 2-Hydroxyethylcellulose ist.
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