DE69200786T2 - Metallvernetztes Polymergel und dessen Brechen. - Google Patents

Metallvernetztes Polymergel und dessen Brechen.

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Description

  • Diese Erfindung befaßt sich grundsätzlich mit metallvernetzten Polymergels und ihrem Brechen und bezieht sich insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, auf die Verwendung solcher Gels bei der behandlung unterirdischer Formationen, durch die ein Bohrloch verläuft.
  • Zähflüssige Behandlungsflüssigkeiten finden herkömmlich Verwendung beim Bohren, Komplettieren und Behandeln unterirdischer Formationen, durch die Bohrlöcher verlaufen. Nach Abschluß der Behandlung ist es normalerweise wünschenswert, die Behandlungsflüssigkeit aus dem Bohrloch zu entfernen. Um die Flüssigkeit effektiv entfernen zu können, ist die Viskosität der Flüssigkeit zu reduzieren. Die Reduktion der Viskosität wird als "Brechen" von Gel bezeichnet.
  • Eine zähflüssige Behandlungsflüssigkeit für die Behandlung unterirdischer Formationen setzt sich normalerweise aus einem Polysaccharose- oder synthetischem Polymer in wässeriger Lösung zusammen, die mit einem organometallischen Verbundstoff vernetzt wird. Beispiele von Bohrlochbehandlungen, bei denen metallvernetzte Polymer zur Verwendung kommen, sind hydraulisches Aufbrechen, Kiespackvorgänge, Wasserblockierung und andere Bohrlochkomplettierungsmaßnahmen.
  • Bei hydraulischen Aufbrechanwendungen kommt eine zähflüssige Behandlungsflüssigkeit zur Verwendung, mit der Proppant in die Formation gefördert wird. Die Behandlungsflüssigkeit wird mit solcher Rate und Druck gefördert, daß sich ein oder mehrere Bruch/Brüche in der unterirdischen Formation ergeben, die den/die fördernde(n) Formation(en) vom Bohrloch in die Formation ausdehnen. Nach Erzeugen der Formation(en) kann zusätzliche Behandlungsflüssigkeit mit Proppant in die Formation(en) eingeführt werden, um einem kompletten Verschließen der Formation(en) vorzubeugen. Die aufgeproppte Formation erzeugt einen leitenden Kanal, der vom Bohrloch in die Formation verläuft, der die Strömung von Öl oder Gas aus der Formation in das Bohrloch ermöglicht.
  • Nach Abschluß der Behandlung ist es wünschenswert, die Viskosität der Behandlungsflüssigkeit so zu reduzieren, daß sich die Flüssigkeit aus der Formation entfernen läßt. Zum Reduzieren der Viskosität der Behandlungsflüssigkeit wurden verschiedene Materialien, die als "Brecher" bekannt sind, verwendet. Herkömmlicherweise werden Säuren, Enzymen und Oxidierungsmittel zum Reduzieren der Viskosität von metallvernetzten Polymerflüssigkeiten verwendet. Diese bekannten Brecher sind zu gewissem Ausmaß imstande, durch Abbau der Polymerketten die Viskosität der Behandlungsflüssigkeit zu reduzieren. Hinsichtlich des metallvernetzten Polymeranteils sind sie jedoch relativ wirkungslos.
  • US-A-4968442 beschreibt eine Mischung zum Behandeln unterirdischer Formationen. Eine wässerige Gelmischung wird durch Vermischen eines Polymers mit Carboxylatgehalt mit einem Vernetzungsmittel aus Chromcarboxylat erzeugt. Als Einzelgelbrecher wird Ethylendiamintetraessigsäure benutzt, die imstande ist, das Gel zu bestimmten Ausmaß über einen gewissen Zeitraum zu brechen.
  • Jetzt haben wir eine verbesserte Methode zum Brechen vernetzter Gels entwickelt.
  • Laut dieser Erfindung ist eine Methode zur Reduktion der Viskosität von Gel auf Polymerbasis in wässeriger, vernetzter Flüssigkeit mit einem Metallion vorgesehen. Besagte Methode besteht aus dem Kontaktieren eines Gels mit einem hydrolysierbaren carboxyliertem, chelatbildenden Ester; besagter hydrolysierbarer, carboxylierter, chelatbildender Ester hat eine chemische Assoziation mit dem Metallion, die schwächer als die chemische Assoziation des Polymers mit dem Metallion ist; das carboxylierte, chelatbildende Mittel löst sich jedoch, wenn besagter Ester hydrolysiert wird, da dieser eine chemische Assoziation mit dem Metallion hat, die stärker ist, als die chemische Assoziation des vernetzten Polymers mit dem Metallion, wodurch das carboxylierte, chelatbildende Mittel das Metallion zum Entfernen von Metallion vom Gel komplexiert, wodurch sich die Gelviskosität reduziert.
  • Diese Erfindung vermittelt gleichfalls eine nützlich Mischung zum Behandeln einer unterirdischen Formation, wobei besagte Mischung aus einer wässerigen Flüssigkeit und einem Polymer besteht, der mit einem Metallion und Ester vernetzt ist, wobei besagter Ester ein hydrolysierbarer Ester eines carboxylierten, chelatbildenden Mittels für das Metallion ist; wobei die chemische Assoziation zwischen Metallion und Ester schwächer ist als die chemische Assoziation zwischen Metallion und Polymer und die chemische Assoziation zwischen Metallion und chelatbildendem Mittel stärker ist, als die chemische Assoziation zwischen Metallion und Polymer.
  • Die Vorgangsweise der Erfindung vermittelt einen verbesserten Abbau der zähflüssigen Behandlungsflüssigkeit, wie sie bei herkömmlichen Bohrlochkomplettierungsmaßnahmen zur Verwendung kommen. Die Erfindung umfaßt den Gebrauch einer Mischung, die nicht als solche ein Brecher für vernetzten Polymer darstellt, die sich jedoch im Laufe der Zeit in einen akltiven Brecher für vernetzte Polymer entwickelt. Während der unwirksamen Zeit des Brecher läßt sich der Polymer im Verlauf seines hochzähflüssigen Zustandes als Behandlungsmittel für Zwecke, wie z.B. Aufbrechen von Formationen, Kiespackungen und ähnliches verwenden. Nach Ablauf der Zeit, während der die Rolle des hochzähflüssigen Polymers wahrgenommen werden kann, wandelt sich die Mischung in einen Brecher, der dann die Viskosität der Behandlungsflüssigkeit auf einen Wert reduziert, der ein praktisches Entfernen der Flüssigkeit aus dem Bohrloch zuläßt.
  • Der hier benutzte aktive Brecher ist ein chelatbildendes Mittel, daß das Metallion, mit dem der Polymer vernetzt wird, aus dem vernetzten Polymer entfernt. Durch Chelatieren und somit Entfernen des Metallions aus dem Polymer reduziert sich die Polymerviskosität. Dementsprechend muß die chemische Assoziation zwischen aktivem Brecher und Metallion stärker sein, als die chemische Assoziation zwischen Polymer und Ion; die Assoziation zwischen der Mischung und dem Metallion muß dagegen schwächer sein, als die Assoziation zwischen Polymer und Metallion.
  • Die Mischungen sind Ester von chelatbildender Karbonsäure, die nicht als solche aktive Chelatbilder sind, die sich jedoch infolge solcher Faktoren wie pH-Wert, Temperatur und spezifischen Estersubstituenten im Laufe der Zeit in aktive, chelatbildende Mittel verwandeln.
  • Die Vorgangsweise dieser Erfindung ist besonders für die Behandlung unterirdischer Formationen nützlich. So wird ein Polymergel mit dem Gemisch vermischt und während der inaktiven Zeit der Mischung in die unterirdische Formation gepumpt.
  • Die hierbei bevorzugten, nützlichen Karbonsäuren sind solche mit mehrfachgezackten Strukturen, d.h. bevorzugte chelatbildende Mittel sind Polykarbonsäuren, darunter die bevorzugteste Aminopolykarbonsäuren.
  • Beispiele von Ester von Karbonsäuren sind u.a. Ester von Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Ester von Nitril- Dreisäure (NTA), Ester von Zitronensäure und Ester von hydroxysäure. Der veresterte Kohlenstoff-Chelatbilder ist zunächst relative inaktiv, erfährt jedoch eine Hydrolyse zum Erzeugen einer Säure und eines Ligands. Die Wandlungsrate des Ester ist u.a. abhängig von Faktoren wie Temperatur, pH-Wert und Estersubstituenten. Die so erzeugte Säure leitet einen Abbau der Polymerkette ein und der aktive Ligand entfernt das Metallion aus dem Polymer, was den weiteren Abbau des Polymers mit sich bringt, was wiederum zur Reduktion der Viskosität führt.
  • Diese Erfindung vermittelt eine Methode des verbesserten Abbaus metallvernetzter Polymer. Die Vorgangsweise der Erfindung ist wenigstens zur Teilentfernung konzentrierter Gels, Häute oder einer Verstopfung effektiv, die sich infolge der Verwendung zähflüssiger Flüssigkeiten bei der Durchführung einer Vielzahl von Bohrlochkomplettierungsmaßnahmen bilden, wie z.B. hydraulisches Aufbrechen oder temporäres Verstopfen von Bohrlöchern.
  • Bei der Durchführung verschiedener Bohrlochanförderungsmaßnahmen wird eine wässerige Behandlungsflüssigkeit zubereitet, die sich aus einem Polymer, einem Vernetzungsmittel und verschiedenen anderen Behandlungsflüssigkeits-Additiven zusammensetzt, wie z.B. pH- Wert-Puffer, Bioziden, Stabilisierungsmittel und weitere Additive. Die wässerige Flüssigkeit kann gleichfalls Salz enthalten; die Anwesenheit von Salz ist jedoch für die Zwecke dieser Erfindung nicht unbedingt erforderlich. Typische Salze, die in Bohrlochanförderungsflüssigkeiten verwendet werden sind u.a. Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid, Natriumchlorid, Kalziumchlorid, andere Salze und Salzmischungen. Bei der wässerigen Flüssigkeit kann es sich gleichfalls um eine Salzwasser-Alkohollösung im Bereich 0 bis 80 Prozent Alkohol nach Volumen handeln. Typische Alkohole, die bei Behandlungsflüssigkeiten zur Verwendung kommen, haben von 1 bis 5 Kohlenstoffatome. Die wässerige Flüssigkeit kann ebenfalls flüssiges oder gasförmiges Kohlendioxid, Stickstoffgas oder ähnliches enthalten.
  • Mit der wässerigen Flüssigkeit wird der Polymer solvatisiert oder hydriert. Die für diese Erfindung nützlichen Polymer müssen die Fähigkeit besitzen, mit verschiedenen Metallionvernetzungsmitteln reagieren zu können. Beispiele dieser Polymer sind u.a. solvatierfähige Polysaccharose, darunter Galactomannanpolymer, Glucomannanpolymer und ihre Derivate. Zu typischen Beispielen zählen Guar und seine Derivate sowie modifizierter Zellstoff, wie z.B. Hydroxyethyl- Zellstoffderivate, Carboxymethylzellstoff und andere modifizierte Zellstoffe. Ebenfalls nützlich im Zusammenhang mit dieser Erfindung sind synthetische Polymer mit der Fähigkeit, eine Vernetzung mit Metallionen zu bilden. Beispiele vernetzbarer Polymer sind u.a. Polyacrylamiden, Poly 2-Amino-2-Methyl Propansulfosäure und verschieden andere synthetische Polymer und Copolymer. In diesem Fall entfernt die Vorgangsweise dieser Erfindung das Metallion aus dem vernetzten Komplex, wodurch die Viskosität der Lösung auf einen Wert reduziert wird, der dem von Wasser ähnlich ist.
  • Der Polymer ist in Mengen zwischen 0,2 und ca. 2,0 Teilen nach Polymergewicht pro 100 Teile nach Gewicht wässeriger Flüssigkeit vorhanden. Die Auswahl einer Polymerkonzentration richtet sich nach den Gegebenheiten des jewiligen Bohrloches und der Art der Bohrlochbehandlung, die durchzuführen ist.
  • Der pH-Wert-Wert der wässerigen Flüssigkeit, in der das Polymer enthalten ist, läßt sich bei Bedarf zum Verträglichmachen der Flüssigkeit mit einem Vernetzungsmittel abstimmen, mit dem die Viskosität der Polymerlösung erhöht wird. Das pH-Wert-abstimmende Material kann der wässerigen Flüssigkeit vor, während oder nach Hinzufügen des Polymers in die wässerige Flüssigkeit hinzugefügt wedrden. Typische Materialien zum Abstimmen des pH-Wert-Wertes sind herkömmlicherweise Säuren, Säurepuffer und Mischungen aus Säuren und Grundstoffen. Typische pH-Wert-Abstimmittel sind z.B. Chlorwasserstoffsäure, Natriumdiacetat und Natriumcarbonat, Der pH-Wert-Bereich für Flüssigkeit und Vorgangsweise dieser Erfindung liegt zwischen ca. 4 und ca. 12.
  • Für diese Erfindung geeignete Vernetzungsmittel umfassen eine Anzahl bekannter organometallischer Chelate. Organische Chelate aus Titan, Zirkon, Aluminium sowie anderen Metallen sind Fachkundigen bekannt. Die Auswahl eines zutreffenden Vernetzungsmittels ist abhängig von der Art der durchzuführenden Behandlung und der des benutzten Polymers. Auch die Menge des benutzten Vernetzungsmittels hängt von Bohrlochbedingungen und der Art der durchzuführenden Behandlung ab, liegt jedoch allgemein im Bereich 0,01 bis 0,6 Teile nach Gewicht von Vernetzungsmittel pro 100 Teile nach Gewicht wässeriger Flüssigkeit. In gewissen Anwendungen wird die wässerige Polymerlösung unverzüglich nach Hinzufügen des Vernetzungsmittels zur Bildung eines hochzähflüssigen Gels vernetzt. In anderen Anwendungen kann die Reaktion des Vernetzungsmittels so verzögert werden, daß die Bildung des zähflüssigen Gels erst nach Ablauf einer gewissen Zeit eintritt.
  • Nachdem die Behandlungsflüssigkeit wie oben beschrieben erzeugt und in eine unterirdische Formation gepumpt wurde, ist es grundätzlich wünschenswert, das hochzähflüssige Gel in eine Flüssigkeit mit niedriger Viskosität zu verwandeln. So läßt sich die Flüssigkeit problemlos und effektiv aus der Formation entfernen und das gewünschte Material, wie z.B. Öl oder Gas, kann in das Bohrloch nachströmen. Diese Reduktion der Viskosität der Behandlungsflüssigkeit wird allgemein "Brechen" genannt.
  • Zum Brechen der Behandlungsflüssigkeit bieten sich verschiedene Methoden an. Flüssigkeiten brechen typischerweise nach Ablauf einer gewissen Zeit und/oder wenn sie für längere Zeit höheren Temperaturen ausgesetzt werden. Es ist jedoch äußerst wünschenswert, das Brechen im Rahmen enger Grenzen planen und kontrollieren zu können. Als Brecher eignen sich milde Oxidierungsmittel, wenn eine Flüssigkeit in relativ heißen Formationen benutzt wird, obwohl Formationstemperaturen von 149_C oder höher generell die Flüssigkeit kurzfristig und ohne Mithilfe eines Oxidierungsmittels brechen. Ein geeignetes Oxidierungsmittel ist Ammoniumpersulfat. Als Brecher zur Behandlung von Flüssigkeiten in Formationen unter 60_C kommen Enzymen zur Verwendung. Geeignete Enzymen sind Alpha- und Betaamylasen, Amyloglucosidase, Oligoglucosidase, Zellobiase und Hemizellobiase.
  • Häufig führt das hinzufügen dieser typischen Brecher zur Behandlungsflüssigkeit zum unzulänglichen Brechen der Behandlungsflüssigkeit. Unzulängliches Brechen bedeutet, daß hochkonzentrierte Gels, Häute oder Verstopfung durch Sichtprüfung oder Experiment in der gebrochenen Flüssigkeit erkannt werden, d.h. obwohl die allgemeine Viskosität der Flüssigkeit reduziert wurde, sind lokale Bereiche von vernetztem Polymer weiterhin vorhanden. Während der Behandlung unterirdischer Formationen kann die Polymerflüssigkeit durch Verlust von wässeriger Flüssigkeit in der Formation hohe Konzentrationen erreichen. Solch hochkonzentrierte Polymergels leisten weiteren Brechversuchen Widerstand und können zum Verstopfen oder mindestens Beeinträchtigen der Fähigkeit von Flüssigkeiten, aus der Formation zu strömen, führen.
  • Nach dieser Erfindung wurde eine Vorgangsweise entdeckt, die einen verbesserten Abbau von metallvernetzten Polymerflüssigkeiten vermittelt. Das Hinzufügen spezifischer veresterter, carboxylierter, chelatbildender Mittel zur metallvernetzten Polymerflüssigkeit führt zum größtenteils vollständigen Abbau der Flüssigkeit in einem absehbaren Zeitraum. Es wurde festgestellt, daß veresterte carboxylierte Chelatbilder hocheffektive Brecher für metallvernetzte Polymerflüssigkeiten erzeugen - obwohl sie selbst keine sind - und sich somit besonders für Bohrlochkomplettierungsmaßnahmen eignen.
  • Ein Esterform bleibt ein Karbonsäuremolekül als Chelatbilder relativ inaktiv. Bei höheren Temperaturen oder verschiedenen pH-Wert-Werten erfährt der Ester eine Hydrolyse und bildet einen freien, aktiven Ligand oder Chelatbilder. Ausgegangen wird davon, daß die Vorgangsweise und Flüssigkeit dieser Erfindung sowohl die Säurebildung aus der Hydrolyse sowie das Freimachen eines aktiven und höchst wirksamen Chelatbilders für Metallionen verwendet, um verbesserten Abbau der Behandlungsflüssigkeit zu realisieren. Die erzeugte Säure reduziert die Viskosität der Polymerkette natürlicher Polymers, während der aktive Chaltbilder das Metallion entfernt, mit dem die Polymerketten vernetzt sind, d.h. der Chelatbilder löst die Vernetzung des Polymers auf.
  • Zu den veresterten, carboxylierten Chelatbildern, die sich für diese Erfindung eignen, zählen u.a. veresterte Formen von Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), Nitril-Dreisäure (NTA), Zitronensäure und Hydroxysäure.
  • Nach bestem Wissen ist vorzuziehen, daß die Assoziationskonstante des carboxylierten Chelatbilders- /Metallionkomplexes mindestens eine Größenordnung größer als die Assoziationskonstante des Polymer-/Metallionkomplexes. Solange jedoch die Assoziationskonstante des carboxylierten Chelatbilder-/Metallionkomplexes größer ist, eignet sich der veresterte carboxylierte Chaltbilder zur Verwendung mit dieser Erfindung.
  • Während eine vollständige Veresterung der Säurefunktion bevorzugt ist, ist davon auszugehen, daß keine vollständige Substitution erforderlich ist und daß ein teilweise verestertes Mittel in der Vorgangsweise dieser Erfindung durchaus erfolgreich sein kann. Lediglich muß das Ausmaß der Substitution ausreichend sein, um die Karbonsäure als Metallionkomplexbilder unwirksam zu machen.
  • Zu den für diese Methode geeigneten veresterten Formen carboxylierter Chelatbilder zählen u.a. Alkyl und substituierte Alkylester im Bereich von ca. 1 bis 20 Kohlenstoffatome pro Estergruppe. Zu solchen Mitteln würden methylester, Ethylester, Propylester und andere Homolge zählen. Einige der hierbei nützlichen spezifischen Mittel sind u.a. die Ester von Tetracyclohexyl EDTA, Tetra-l-Octyl EDTA, Tetra-n-Butyl EDTA, Tetrabenzyl EDTA und Tetramethyl EDTA. Die Anzahl der Derivaten von carboxylierten Chelatbildern, die in dieser Erfindung zur Verwendung kommen können, ist umfangreich, wobei die vielzähligen Derivaten Fachkundigen bekannt sind. Die bevorzugten veresterten, carboxylierten Chelatbilder für die praktische Anwendung dieser Erfindung sind die Ester von Zitronensäure und die Ester von EDTA, insbesondere die Tetramethylester, die Tetracyclohexylester und die Tetrabenzylester von EDTA.
  • Die Auswahl eines spezifischen veresterten, carboxylierten Chelatbilders ist abhängig von der gewünschten Brechrate des vernetzten Polymers. Die Brechrate der Behandlungsflüssigkeit dieser Erfindung wird u.a. von Formationstemperatur, pH-Wert der Behandlungsflüssigkeit und der Hydrolysenrate der Ester beeinflußt. Die Konzentration der veresterten, carboxylierten Chelatbilder in der Behandlungsflüssigkeit ist grundsätzlich eine stöchiometrisch gleiche menge, wie die der in der Behandlungsflüssigkeit vorhandenen Metallionmenge. Um jedoch ein vollständiges Brechen sicherzustellen, wird bei der bevorzugten Vorgangsweise etwa mehr als eine gleiche Molmenge hinzugefügt. Bei der Verwendung dieser Erfindung können gleichfalls herkömmliche Brecher benutzt werden, wie z.B. Oxidierungsmittel oder Enzymen, wobei wiederum die Menge der veresterten, carboxylierten Chelatbilder von der gewünschten Brechrate abhängig ist.
  • Wie schon ausgeführt, bleibt der veresterte, carboxylierte Chelatbilder bei niedrigen Temperaturen relativ inaktiv, erfährt jedoch bei höheren Temperaturen eine Hydrolyse. Die Rate der Hydrolyse hinsichtlich der Temperatur hängt allgemein von den Estersubstituenten ab.
  • In einer bevorzugten Vorgangsweise zur Ausführung dieser Erfindung wird eine zähflüssige Behandlungsflüssigkeit mit Ester von Polykarbonsäure mit einem Druck in ein Bohrloch und eine unterirdische Formation injektiert, der zum Aufbrechen der Formation führt. Die Behandlungsflüssigkeit besteht aus einer wässerigen Flüssigkeit, die durch hinzufügen von ca. 30 bis 70 Pfund Polymer pro 1000 Gallonen wässeriger Flüssigkeit zubereitet wird. Die beim Aufbrechen typischerweise zur Verwendung kommenden Polymer sind Polysaccharosepolymer, synthetische Polymer können jedoch ebenfalls verwendet werden. Der pH-Wert-Wert der wässerigen Flüssigkeit wird angepaßt, um eine Hydration des Polymers zu ermöglichen sowie um einen pH- Wert-Wert zu realisieren, der mit dem ausgewählten Metallion- Vernetzungsmittel verträglich ist.
  • Bei normalen Aufbrechmaßnahmen wird die Polymerflüssigkeit zunächst in das Bohrloch eingeführt, wonach das vernetzte Polymer folgt. Das Metallion-Vernetzungsmittel wird der Polymerflüssigkeit während der Injektion in das Bohrloch hinzugefügt. Der verzögerte Brecher dieser Erfindung kann der Flüssigkeit während der Polymersolvatierung oder während der Injektion der Flüssigkeit in das Bohrloch hinzugefügt werden.
  • Nachdem die wässerige Flüssigkeit in die unterirdische Formation eingespritzt wurde, wird die hochzähflüssige Flüssigkeit während des Durchlaufs durch die Formation von dieser erhitzt. Nachdem die Flüssigkeit ausreichend erhitzt wurde, um die Hydrolyse des Esters einzuleiten, wird der carboxylierte Chelatbilder freigemacht. Der freie carboxylierte Chelatbilder kann dann mit dem Metallion des vernetzten Polymers reagieren. Während sich der Polymer abbaut und die Vernetzung durch den carboxylierten Chelatbilder aufgelöst wird, beginnt sich die Flüssigkeit in eine mit niedriger Viskosität zu verwandeln. Über einen gewissen Zeitraum wird die Viskosität soweit reduziert, daß sich die Flüssigkeit ohne Schwierigkeiten aus dem Bohrloch entfernen läßt und die Formation grund sätlich zu beeinträchtigen
  • Die folgenden Beispiele sollen diese Erfindung veranschaulichen.
  • Beispiel 1
  • Proben eines wässerigen, vernetzten Polymers mit verestertem, chelatbildenden Mittel wurde zubereitet, einer konstanten Temperatur von 82_C ausgesetzt und solange beobachtet, bis die Proben brachen. Die Brechzeit wurde aufgezeichnet.
  • Rezeptur:
  • Salzwasser, Kalziumbromid/Chlorkalzium 1,70 g/cm
  • Polymer(1) 12 kg/m Salzwasser pH-Wert abgestimmt mit HCl auf 3,3 Vernetzungsmittel(2) 3,2 Vol./1000 Vol. Salzwasser
  • Verschiedene Ester(3)
  • (1) Der Polymer war Dihydroxypropyl-Hydroxyethyl- Zellstoff, vorbehandelt in einem Lösungsmittel aus 70 Prozent/Vol. Isoprylalkohol und 30 Prozent/Vol. Ethylenglykol im Verhältnis von 3 ml Lösungsmittel pro Gramm Polymer.
  • (2) Das Vernetzungsmittel war ein Zirkonkomplex in Tetraethylamin.
  • (3) Der Ester war Tetramethylester von EDTA (20% aktiv). TABELLE 1 Ergebnisse Probe Nr. Ester X Vol./1000 Vol. Salzwasser Brechzeit Stunden
  • Beispiel 1 zeigt, daß ein gegebenes vernetztes Gel durch Hinzufügen eines Esters von EDTA gebrochen werden kann und daß weiter die Länge der zum Realisieren des Brechens erforderlichen Zeit durch Reduktion der verwendeten Estermenge erhöht werden kann.
  • Beispiel 2 zeigt gleichfalls, daß sich das Gel bei Anwesenheit von verestertem EDTA vernetzt.
  • Beispiel 2
  • Eine Menge von hydriertem Polymer wurde durch Zumischen der in der folgenden Rezeptur aufgeführten Zutaten vorbereitet und für einen ausreichend langen Zeitraum stehen gelassen, um die Bildung eines Gels zu ermöglichen.
  • Wasserlösung mit 2% KCl Gehalt nach Gewicht der Lösung
  • Polymer: Hydroxypropylguar 4,79 kg/m Wasser
  • Fumarsäure 0,30 kg/m Wasser
  • Natriumbikarbonat 0,30 kg/m Wasser
  • Das Gel wurde anschließend mit 0,8 Vol. Vernetzungsmittel pro 100 Vol. Gel vermischt. Das Vernetzungsmittel war ein organischer Titankomplex.
  • Filterkuchen wurde vorbereitet, indem das vernetzte Gel bei einer Temperatur von 82_C und 6,89 m Pa g durch einen Ohio Sandsteinkern mit Durchlässigkeit von 0,1 Millidarcy geleitet wurde. Der Filterkuchen wurde aus dem Kern entfernt und in Proben gleicher Größe aufgeteilt.
  • Der Filterkuchen wurde anschließend in eine Flasche mit 50 ml 2% KCl Lösung eingeführt. Danach wurde eine Menge von Tetramethylester von EDTA (20 % aktiv), wie unten aufgeführt, in jede Flasche mit Filterkuchen eingeführt. Die Flasche wurde anschließend bei konstanter Temperatur von 82_C in einen Ofen gestellt und beobachtet. Die zum Brechen des Filterkuchens erforderliche Zeit wurde aufgezeichnet. TABELLE 2 Ergebnisse Probe Nr. X Vol./1000 Vol. 2% KCl Lösung Brechzeit Stunden kein Bruch keine Änderung der Probe gewisser Komplex nach 93 Stunden Stunden - Bruch beginnt Stunden
  • Beispiel 2 zeigt, daß ein mit Hilfe von vernetztem Gel erzeugter Filterkuchen durch Kontakt des Kuchens mit einem Ester von EDTA gebrochen werden kann. Das Beispiel zeigt weiterhin, daß die Länge der zum Brechen erforderlichen Zeit durch Reduktion der verwendeten Estermenge erhöht werden kann.
  • Beispiel 3
  • Eine Menge von hydriertem Polymer wurde nach folgendem Ablauf zubereitet.
  • Rezeptur
  • Klares Wasser 1000 ml
  • KCL 20 g
  • Geliermittel (Dihydroxypropyl-Hydroxyethyl-Zellstoff) 12 g
  • die o.g. Zutaten wurden für zwei Stunden stehen gelassen, um die Bildung eines Gels zu ermöglichen, dann wurde dem Gel eine äquimolekulare Mischung aus Formyl-Methansäure und Natriumformat im Verhältnis 3 ml pro Liter Gel hinzugefügt. Das Geliermittel wurde durch vorheriges Vermischen mit einem Lösungsmittel aus 70 Prozent/Vol. Isoprylalkohol und 30 Prozent/Vol. Ethylenglykol im Verhältnis von 3 ml Lösungsmittel pro Gramm Polymer vorbehandelt.
  • Das Gel wurde anschließend wie folgt weiterbehandelt: Probe Nr. Gel, ml Vernetzungsmittel*, ml Zeitspanne zum Bilden des Komplexes, min. kein Komplexieren *Komplex von Zirkon in Tetraethylamin
  • Beispiel 3 zeigt, daß ein gegebenes Gel, ähnlich dem in Beispiel 1 verwendeten, bei Anwesenheit von nichtverestertem EDTA keine Vernetzung bildet. Das Beispiel zeigt weiterhin, daß bei Abwesenheit von EDTA eine Vernetzung entsteht. Beim Verbleich der Resultate aus Beispiel 1 mit den Resultaten aus Beispiel 3 läßt sich erkennen, daß das veresterte EDTA die Vernetzung nicht verhindert, jedoch nach Ablauf einer gewissen Zeit einen Bruch im Gel herbeiführt.
  • Beispiel 4
  • Die Wandlungsrate eines Esters einer Polykarbonsäure in die Säure selbst ist eine Funktion einer Anzahl von Faktoren, darunter pH-Wert, Temperatur und Estersubstituent. Entsprechend kann z.B. ein vernetztes Gel mit bekanntem pH- Wert, das zum Behandeln einer unterirdischen Formation bekannter Temperatur benutzt wird, durch Auswahl eines Estersubstituents für die als Brecher verwendete spezifische Polykarbonsäure innerhalb eines abschätzbaren Zeitraumes gebrochen werden.
  • Da die Rate, mit der sich ein Ester in eine Säureform verwandelt, von der Struktur abhängig ist, kann ein Anwender, der die Temperatur und pH-Wert-Bedingungen kennt, die Esterauswahl durch beschränkte Laborarbeit unterstützen. Die in Tabelle 4 aufgeführten Angaben, d.h. die Liste berechneter Hydrolysenraten verschiedener Ester, relativ zum Methylestersubstituent, können zusammen mit Laborarbeit benutzt werden, um die Berechnung spezifischer Brechzeiten für spezifische Ester zu unterstützen. TABELLE 4 PRÄDIKTIERTE RELATIVE HYDROLYSENRATEN* VON VERESTERTEN, CHELATBILDENDEN MITTELN Alkoholgruppe Säuregruppe Relative Hydrolysenrate** Methyln-butylIso-Butyl2-butylt-butylBenzylp-Methoxybenzylm-Methoxybenzylm-Chlorbenzylp-ChlorbenzylPhenylZitronensäure Glykolisch * Diese Raten wurden mit Hifle von Quanta Software nach Methoden berechnet, wie sie von D. F. DeTar, S. Binzet und P. Darba, J. Org Chem. 1987, 52, 2074-2082 ** Erste Estergruppe
  • BEISPIEL 5
  • Proben eines wässerigen, vernetzten Polymers mit verestertem chelatbildenden Mittel wurden erst zubereitet, dann einer konstanten Temperatur von 66_C ausgesetzt und beobachtet, bis die Proben brachen. Die Brechzeit wurde aufgezeichnet.
  • Rezeptur:
  • Salzwasser, Chlorkalzium 1,08 g/cm
  • Polymer (1) 14,4 kg/m Salzwasser pH-Wert abgestimmt mit einer äquimolekularen Mischung von Formyl-Methansäure und Natriumformat bei einer Rate von 3 ml pro Liter Gel. Vernetzungsmittel (2) 3,84 vol./1000 Vol. Salzwasser
  • Verschiedene Ester (3)
  • (1) Der Polymer war Dihyroxypropyl-Hydroxyethyl- Zellstoff, vorbehandelt in einem Lösungsmittel aus 70 Prozent/Vol. Isoprylalkohol und 30 Prozent/Vol. Ethylenglykol im Verhältnis von 3 ml Lösungsmittel pro Gramm Polymer.
  • (2) Das Vernetzungsmittel war ein Zirkonkomplex in Tetraethylamin.
  • (3) Verschiedene Ester von EDTA.
  • Beispiel 5 zeigt, daß ein gegebenes, vernetztes Gel durch Hinzufügen eines Esters von EDTA gebrochen werden kann und daß die Länge der Zeit, die zum Brechen erforderlich ist, durch Reduktion der verwendeten Estermenge erhöht werden kann.
  • Beispiel 5 zeigt gleichfalls, daß sich das Gel bei Anwesenheit von verestertem EDTA vernetzt. TABELLE 5 Brechzeit EDTA Ester * Tetracyclohexanol ** Tetrabenzyl *** Tetraisoamyl Anmerkung: 1 Tag = 24 Stunden * 26 % aktiv ** 45% aktiv *** 63% aktiv

Claims (8)

1. Eine Methode zum Reduzieren der Viskosität von Gel, bestehend aus einem Polymer in wässeriger Flüssigkeit und vernetzt mit einem Metallion, wobei sich besagte Vorgangsweise aus dem Kontaktieren des Gels mit einem hydrolisierbaren, carboxylierten, chelatbildenden Ester zusammensetzt, wobei besagter carboxylierte, chelatbildender Ester eine chemische Assoziation mit dem Metallion aufweist, die schwächer ist als die chemische Assoziation des Polymers mit dem Metallion, das carboxylierte, chelatbildende Mittel jedoch gelöst wird, wenn besagter Ester, der eine chemische Assoziation mit dem Metallion aufweist, die stärker ist als die chemische Assoziation des vernetzten Polymers mit dem Metallion, hydrolisiert wird, wodurch das carboxylierte, chelatbildende Mittel das Metallion zum Entfernen des Metallions aus dem Gel komplexiert, was zur Reduktion der Viskosität des Gels führt.
2. Eine Vorgangsweise nach Anspruch 1, wobei der besagte carboxylierte, chelatbildende Ester ein Ethylendiamintetraessigsäureester, Nitril-Dreisäureester, Zitronensäureester oder Hydroxysäureester ist.
3. Eine Vorgangsweise nach Anspruch 2, wobei der pH-Wert-Wert des Gels 4 bis 7 ist, die Temperatur des Gels zwischen 79_C und 93_C liegt und besagtes chelatbildendes Mittel ein Tetramethylester von Ethylendiamintetraessigsäureester ist.
4. Eine Vorgangsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei nach Kontaktieren des Gels mit dem carboxylierten, chelatbildenden Ester, das Gel zur Behandlung einer unterirdischen Formation in ein Bohrloch gepumpt wird und danach das Gel, nachdem sich der carboxylierte, chelatbildende Ester durch Erwärmen in besagter Formation hydrolisiert und sich das freigemachte carboxylierte, chelatbildende Mittel chemisch mit dem Metallion assoziert hat, was zum Reduzieren der Viskosität des Gels führt, aus dem Bohrloch entfernt wird.
5. Eine Zusammensetzung nützlich für das Behandeln unterirdischer Formationen, wobei besagte Zusammensetzung aus einer wässerigen Flüssigkeit und einem mit einem Metallion und einem Ester vernetzten Polymer besteht, wobei besagter Ester ein hydrolisierbarer Ester eines carboxylierten, chelatbildenden Mittels für das Metallion ist; wobei die chemische Assoziation zwischen Metallion und Ester schwächer ist, als die chemische Assoziation zwischen Metallion und Polymer und die chemische Assoziation zwischen dem Metallion und dem chaltbildenden Mittel stärker ist, als die chemische Assoziation zwischen dem Metallion und dem Polymer.
6. Eine Zusammensetzung nach Anspruch 5, wobei der Ester ein Alkyl oder substituierter Alkylester mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen pro Estergruppe des chelatbildenden Mittels ist.
7. Eine Zusammensetzung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Ester ein Alkyl oder substituierter Alkylester von Ethylendiamintetraessigsäure, Nitril-Dreisäure, Zitronensäure oder Hydroxysäure ist.
8. Eine Zusammensetzung nach Anspruch 7, wobei der Ester ein Tetramethyl- oder Tetracyclohexylester von Ethylendiamintetraessigsäure ist.
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