DE69208447T2 - Verfahren zur Gelierung von Kohlenwasserstoffen und Behandlung von untererdischen Formationen damit - Google Patents
Verfahren zur Gelierung von Kohlenwasserstoffen und Behandlung von untererdischen Formationen damitInfo
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Description
- Diese Erfindung betrifft eine Vorgangsweise zum schnellen Gelieren von Kohlenwasserstoffen sowie der Verwendung so gelierter Kohlenwasserstoffe zur Behandlung von unterirdischen Formationen, um die Öl- und/oder Gasförderung daraus zu verbessern.
- Hydraulisches Spalten ist eine weitverbreitete Methode zum Anfördern von kohlenwasserstoffördernden unterirdischen Formationen. Spalten wird herkömmlicherweise durch Kontaktieren der unterirdischen Formation mit einer viskosen Spaltflüssigkeit, die Proppantmittel enthält, Ansatz ausreichenden Drucks auf die viskose Flüssigkeit, um wenigstens eine Spalte in der Formation zu bilden, in die die viskose Flüssigkeit mit ausreichend Volumen eingespritzt wird, um die Spaltung in die Formation auszudehnen, durchgeführt. Wenn der Druck auf die Flüssigkeit im Anschluß daran reduziert wird, verhindern das Proppantmittel das vollständige Schließen der so erzeugten Spalte.
- Häufig werden Mischungen mit geliertem Kohlenwasserstoffgehalt verwendet, um Formationen zu Spalten, wo diese wasserempfindliche Schichten enthalten. Das Gelieren von Kohlenwasserstoffen und die Verwendung von gelierten Kohlenwasserstoffen beim Spalten wurde in vielzähligen Patentschriften erläutert, wie z.B. in: US Patent 3,757,864; US Patent 3,575,859; US Patent 4,007,128; US Patent 4,200,540; US Patent 4,507,213 und US Patent 4,622,155. Das Gelierverfahren bekannter Technik läßt sich wie folgt umschreiben:
- Durch Reagieren eines Orthophosphorsäureesters mit Aluminiumsalz und wahlweise einer Basis, die zum Neutralisieren der Aluminium-Orthophosphatsalze führt, wird ein dreidimensionales Polymer erzeugt. In US-A-4104173 werden insbesondere Alkylorthophosphate zunächst in säurehaltiges Teilaluminiumsalz gewandelt, indem das Alkylorthophosphat mit einem Basisaluminium reagiert wird, wonach es zur weiteren Reaktion mit einem zweiten Grundstoff kommt, um die verbleibende Säure zu neutralisieren, woraus ein Pseudodoppelsalz des Alkylorthophosphats resultiert, das ein effektives Gelmittel für Kohlenwasserstoffe darstellt.
- Verschiedene Vorgangsweisen wurden vorgeschlagen, um das vuskosifizierende Polymer zu erzielen. Keine der Methoden realisiert dagegen eine Möglichkeit, mit der sich ein gelierter Kohlenwasserstoff ohne nennenswerte Alterungsfrist, in der sich die Viskosität entwickelt, schnell zubereiten läßt, um ein Gelieren nur der Mengen gelierter Flüssigkeit "im Ablauf" zu erzielen, die für die Spaltbehandlung erforderlich sind.
- Jetzt haben wir eine Methode entwickelt, mit der eine Kohlenwasserstofflüssigkeit auf ausreichend Viskosität geliert werden kann, um den Transport eines Proppantmittels zu ermöglichen und eine Spaltenbildung sowie Ausdehnung der Spaltung in einer unterirdischen Formation herbeizuführen.
- Laut dieser Erfindung wird eine Vorgangsweise zum Behandeln unterirdischer Formationen vermittelt, die von einem Bohrloch durchdrungen werden. Besagte Vorgangsweise umfaßt das Einführen in besagte Formation einer Mischung, die durch Vermischen eines flüssigen Kohlenwasserstoffes mit einer viskosifizierungsaktiven Menge einer ersten Komponente, bestehend aus Beimischen eines Alkylorthophosphatsäureesters und eines Alkalmetallhydroxids, wobei besagter Ester wenigsten teilweise neutralisiert wird und einer zweiten Komponente, bestehend aus einer wasserlöslichen Quelle von Aluminium- oder eisenhaltigen Ionen, einem oberflächenaktiven Amin, ausgewählt aus Alkyl- und Alkanolaminen mit 8 bis 18 Kohlenstoffatomen, N-heterozyklischen Aminen, alkylsubstituierten Derivaten solcher heterozyklischen Amine und deren Mischungen sowie einem wassermischbaren organischen Lösungsmittel, wobei die ersten und zweiten Komponenten dem flüssigen Kohlenwasserstoff getrennt beigemischt werden und besagte Mischung viskosifiziert wird.
- Die Erfindung vermittelt gleichfalls eine Vorgangsweise zum schnellen Viskosifizieren eines flüssigen Kohlenwasserstoffs, bestehend aus Vermischen besagten Kohlenwasserstoffs mit einer viskosifizierungseffektiven Menge einer ersten Komponente, bestehend aus Beimischen eines Orthophosphatesters mit der allgemeinen Formel:
- wobei R C&sub6; bis C&sub1;&sub8; und R' ein C&sub2; bis C&sub4; Alkylradikal ist und einem Alkalmetallhydroxid sowie einer zweiten Komponente, bestehend aus einer löslichen Quelle von Aluminium- oder eisenhaltigen Ionen, einem oberflächenaktiven Amin, ausgewählt aus Alkyl- und Alkanolaminen mit 8 bis 18 Kohlenatomen, N-heterozyklischen Aminen, alkylsubstituierten Derivaten solcher heterozyklischen Amine und deren Mischungen und einem C&sub2; bis C&sub4; monohydratischen Alkohol. Dabei werden die ersten und zweiten Komponenten getrennt zum flüssigen Kohlenwasserstoff beigemischt und die Mischung zum schnellen Viskosifizieren gebracht.
- Laut der o.g. Vorgangsweise kann das o.g. Geliersystem einen Kohlenwasserstoff in weniger als 30 Sekunden auf mindestens 4000 Centipoise (4 Pa s) viskosifizieren, gemessen mit einem Brookfield Synchrolectric Viskosimeter Modell LTV, wobei eine Spindel Nr.3 zur Verwendung gebracht wurde, die sich auf 12 U/min bei Umgebungstemperatur dreht, wenn er bei einer Konzentration von 0,5 % Vol. hinzugefügt wird.
- Zu den mit dieser Vorgangsweise gelierbaren Kohlenwasserstoffen zählen Crudeöl, Kerosin, Diesel, Benzin und andere aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Oktan, Heptan, Schmieröle und ähnliches. Der Kohlenwasserstoff wird durch Beimischen von zwei Komponenten zum flüssigen Kohlenwasserstoff geliert, während die Flüssigkeit vermischt oder anderweitig gerührt wird. Die erste Komponente setzt sich zusammen aus einem Alkylorthophosphatsäureester, dem eine Menge von Alkalmetallhydroxid beigemischt wird, wodurch der Ester teilweise neutralisiert wird. Die Alkylorthophosphatester haben allgemein die Formel:
- wobei R ein Alkylradikal mit ca. 6 bis 18 Kohlenatomen und R' ein Alkylradikal mit 2 bis 4 Kohlenatomen ist. Das Orthophosphat kann gleichfalls eine Mischung anderer Komponente umfassen. Vorzugsweise hat R einen Durchschnittswert von ca. 8 bis 10 Kohlenatomen; R ist Ethyl. Der Alkylorthophosphatester kann auf beliebige bekannte Vorgangsweise zubereitet werden, wie beispielsweise der in US Patent 3,757,864 eröffneten. Solche Komponente werden von Herstellern, wie z.B. Witco Chemical Company, Houston Texas, Nalco Chemical Company, Sugar Land Texas, Terolite Corporation, St. Louis Missouri, Ethox Chemicals Inc., Greenville South Carolina; Rhone-Poulenc, Cranbury New Jersey und Borg-Warner Corporation, Chicago Illinois angeboten.
- Das Alkalmetallhydroxid kann sich zusammensetzen aus Lithium, Natrium, Potassium und ähnlichen Stoffen. Das Alkalmetallhydroxid wird dem Alkylorthophosphatester beigemischt in einer Menge, die den Ester wenigsten teilweise neutralisiert. Das Alkalmetallhydroxid wird dem Ester vorzugsweise in einer Menge von ca. 5 bis 30% Gewichtsanteilen beigemischt. Das Alkalmetallhydroxid wird dem Ester vorzugsweise in Mengen beigemischt, die ausreichen, um den pH-Wert der endgültigen 2-Komponenten-Mischung des Geliermittels im Kohlenwasserstoff auf Werte von 3,5 bis 6,5 zu regeln. Der pH- Wert der gelierten Kohlenwasserstoffmischung wird nach ASTM STANDARD D664-81 bestimmt.
- Die zweite Komponente des Geliermittels wird durch Beimischen einer löslichen Quelle von Aluminium- oder eisenhaltigen Ionen oder einer ihrer Mischungen zubereitet, wie z.B. Aluminiumchlorid oder eisenhaltiges Sulfat und einem C&sub8; - C&sub1;&sub8; oberflächenaktiven Amin sowie einem C&sub2; - C&sub4; monohydratischen Alkohol.
- Das oberflächenaktive Amin, das in der zweiten Komponente eingesetzt wird, umfaßt Alkyl- und Alkanolamine mit 8 - 18 Kohlenatomen, N- heterozyklischen Aminen, alkylsubstituierten Derivaten solcher heterozyklischen Amine und deren Mischungen. Vorzugsweise werden Amine mit mehr als einer Stickstoffgruppe benutzt; idealerweise umfassen die Amine ein Imidazolin, wie das aus der Reaktion einer Tallöl-Fettsäure mit Diethylentriamin.
- Der monohydratische Alkohol umfaßt vorzugsweise Isopropanol, Ethanol oder Butanol sowie deren Mischungen können jedoch gleichfalls benutzt werden. Der Alkohol dient dem Auflösen der Mischung von Bestandteilen. Zu beachten ist, daß Aceton oder andere wassermischbare organische Lösungsmittel mit der Fähigkeit, die Mischung aufzulösen, gleichfalls zum Auflösen der Mischung verwendet werden können.
- Die Quelle der Aluminium- oder eisenhaltigen Ionen wird dem Alkohol in Mengen von 10 bis 25 % Gewichtsanteilen beigemischt. Das Amin wird dem Alkohol in Mengen von 30 bis 70 % Gewichtsanteilen beigemischt. Vorzugsweise ist die Ionenquelle in Mengen von 80 bis 90 % und das Amin in Mengen von 50 bis 60 % Gewichtsanteilen des Alkohols oder Lösungsmittels vorhanden.
- Die erste Komponente wird der zweiten Komponente im Verhältnis 1 : 0,75 bis 1 : 1,75 Vol. beigemischt. Vorzugsweise wird die erste Komponente der zweiten Komponente im Verhältnis 1 : 0,75 bis 1 : 1,25 beigemischt.
- Die ersten und zweiten Komponenten können der Kohlenwasserstofflüssigkeit in beliebiger Reihenfolge oder größtenteils gleichzeitig beigemischt werden. Diese Beimischen kann größtenteils mit allen bekannten Mischgeräten oder Rührwerken erfolgen. Die Gesamtmenge der ersten und zweiten Komponenten, mit denen ein Kohlenwasserstoff viskosifiziert wird, liegt allgemein im Bereich von 3 bis 20 Vol. pro 1000 Vol. Kohlenwasserstoff.
- Überraschenderweise wurde festgestellt, daß die Vorgangsweise dieser Erfindung wenige Sekunden nach Beimischen der zwei Komponenten zum Kohlenwasserstoff dessen Gelieren herbeiführt. Der Kohlenwasserstoff entwickelt typischerweise innerhalb von 30 Sekunden nach Beimischen des Geliersystems eine Viskosität über 4000 Centipoise (4 Pa s), gemessen mit einem Brookfield Viskosimeter Modell LTV, wobei eine Spindel Nr.3 zur Verwendung gebracht wurdev die sich auf 12 U/min bei Umgebungstemperatur dreht, und zwar bei einer Konzentration von 0,5 % Vol. Zu beachten ist, daß die Vorgangsweise dieser Erfindung, neben dem hier erläuterten, größtenteils durchgehenden Prozeß, gleichfalls der Vorbereitung von viskosifizierten Kohlenwasserstofflüssigkeiten im Losverfahren dient. Die zur Losverarbeitung erforderlichen Methoden sind Fachkundigen einschlägig bekannt.
- Dem gelierten Kohlenwasserstoff können beliebige der herkömmlichen Proppantmittel beigemischt werden, wie z.B. Sand, gesintertes Bauxit, keramische Kugeln und ähnliches. Die Proppantmittel können in Mengen von weniger als 0,45 kg bis über 9,1 kg pro 3,79 dm³ geliertem Kohlenwasserstoff enthalten sein.
- Der gelierte Kohlenwasserstoff kann ebenfalls größtenteils alle herkömmlich bekannten Brecher für gelierte Öle enthalten, um die Viskosität der Kohlenwasserstofflüssigkeit nach Abschluß der Behandlung auf ein Niveau von mindestens 50 % unter dem der gelierten Viskosität zu bringen. Beispiele von Brechern umfassen verschiedene organische Säuren, wie beispielsweise Essig- oder Benzoesäuren, Salze solcher Säuren, Ammoniumkarbonat oder Bikarbonat, andere Alkalmetallkarbonate oder Fluoriden, organische Säureanhydriden, Ester u.ä. Die Menge der zur Verwendung k ommenden Brecher ist abhängig von solchen Parametern wie Temperatur der gelierten Flüssigkeit zum Zeitpunkt, wenn sie zersetzt werden soll, der ursprünglichen Viskosität der gelierten Flüssigkeit, den exakten Salzen und Orthophosphatestern, die zur Verwendung gebracht wurden, der Konzentration der Orthophosphatester u.ä. Allgemein kann eine wirksame Menge von Brechern im Bereich von 2,3 kg bis 45,4 kg pro 3,79 m³ gelierter Flüssigkeit liegen.
- Andere Arten von Spaltflüssigkeitsadditiven, wie beispielsweise Tenziden, Korrosionshemmstoffe, Kalkhemmstoffe und ähnliche, die Fachkundigen einschlägig bekannt sind, können der gelierten Kohlenwasserstofflüssigkeit gleichfalls beigemischt werden.
- Nach gründlichem Vermischen des Proppantmittels und weiterer Additiven mit der gelierten Kohlenwasserstofflüssigkeit wird das Gel in ein Bohrloch gepumpt, wo es letztendlich in die unterirdische Formation eindringt, die behandelt werden soll. Die gelierte Flüssigkeit wird in ausreichender Menge und mit ausreichendem Druck eingepumpt, um ein Spalten und Fortsetzen dieser Spaltung durch die unterirdische Formation zu bewirken. Nach Abschluß der gewünschten Behandlung wird das Einpumpen des gelierten Kohlenwasserstoffes beendet und das Bohrloch lange genug versiegelt, um wenigstens den Beginn eines Schließens der Formation auf das Proppantmittel herbeizuführen, wodurch dieses in der so erzeugten Spaltung beibehalten und ein aufgepfropfter Flußweg für das nachfolgende Fördern von Kohlenwasserstoff erzeugt.
- Um diese Erfindung weiter zu veranschaulichen, wird jetzt das folgende Beispiel vermittelt:
- Die Gelierrate von Kerosin, bewirkt durch die Zusammensetzungen dieser Erfindung, wird mit der verglichen, die sich mit Verfahren des bisherigen Wissensstandes realisieren ließ. Die Gelierrate wird anhand des Zeitraums bewertet, der erforderlich ist, um einen Wirbelverschluß in einer Menge von Kerosin in einem Waring Blendor herbeizuführen. Das Waring Blendor Gefäß ist mit einem Polytron Drehstator, Waring Blendor Anbaugerät ausgerüstet. 250 ml Kerosin werden für jeden Test in das Gefäß gefüllt. Die Drehzahl des Rührwerks wird auf maximale Rührwirkung eingestellt, die bei Minimieren des Lufteintrags realisierbar ist, d.h. ca. 3450 U/min. Die gleiche Drehzahl wird für alle Prüfungen verwendet. Die Menge der Bestandteile geht aus der unten dargestellten Tabelle hervor. Die erste Komponente, Esterphosphat, wird in das Gefäß eingegeben, unverzüglich gefolgt von der zweiten. Die zweite Komponente wurde entweder aus Aluminium- oder eisenhaltigen Ionenquellen zubereitet, siehe unten:
- Die Zusammensetzung der Komponenten war wie folgt:
- Erste Komponente:
- C&sub8; - C&sub1;&sub8; Orthophosphatdiester 15 g
- 45% KOH 4,5 g
- Zweite Komponente: wenn A1 benutzt wird
- 32º Baume AlCl&sub3; 50 g
- Imidazolin 12 g
- Isopropylalkohol 10 g
- Zweite Komponente: wenn Fe benutzt wird
- eisenhaltige Sulfatflüssigkeit (10 % Fe³) 50 g
- Imidazolin 12 g
- Wasser 59
- Isopropylalkohol 10 g
- Die Zusammensetzungen bekannter Art umfaßten die folgenden:
- Erste Komponente - C&sub8; - C&sub1;&sub0; Orthophosphatdiester
- Zweite Komponente - Natriumaluminatlösung (20 % Gewichtsanteile Na&sub2; Al&sub2; O&sub4;).
- Diese Zusammensetzung entspricht den herkömmlichen Gelmittelnv die auf Seite 60 der American Chemical Society Symposium Serie 396 unter dem Titel "Oilfield Chemistry", Urheberrecht 1989, eröffnet werden. Die Zusammensetzung bedient sich einer Konzentration, die ein Verhältnis von 100 Mol Ester zu 33 Mol Aluminat vermittelt, siehe Beschreibung im ACS Shriftwerk. TABELLE Test Nr. Konzentration, gal/Erste Komponente 1000 gal Kohlenwasserstoff Zweite Komponente Wirbelverschlußzeit, Sekunden *Zusammensetzung bekannter Technik
- Die dargelegten Daten weisen eindeutig die schnelle Rate nach, mit der das Gelieren einer Kohlenwasserstofflüssigkeit anhand dieser Vorgangsweise im Vergleich mit Methoden bekannter Technik herbeigeführt wird.
Claims (10)
1. Eine Vorgangsweise zur Behandlung einer von einem Bohrloch
durchdrungenen unterirdischen Formation, bestehend aus dem Einführen in
besagte Formation einer Zusammensetzung, die durch Vermischen eines flüssigen
Kohlenwasserstoffes mit einer viskosifizierenden Menge einer ersten Komponente,
bestehend aus Beimischen von einem Alkylorthophosphatsäureester und einem
Alkalmetallhydroxid, wodurch besagter Ester wenigstens teilweise neutralisiert wird
und einer zweiten Komponente, bestehend aus einer wasserlöslichen Quelle von
Aluminium- oder eisenhaltigen Ionen, einem oberflächenaktiven Amin, ausgewählt
aus Alkyl- und Alkanolaminen mit 8 bis 18 Kohlenatomen, N-heterozyklischen
Aminen, alkylsubstituierten Derivaten solcher heterozyklischen Amine und deren
Mischungen und einem wassermischbaren organischen Lösungsmittel angefertigt
wirdu wobei die ersten und zweiten Komponenten dem flüssigen Kohlenwasserstoff
getrennt beigemischt werden und diese besagte Mischung viskosifiziert wird.
2. Eine Vorgangsweise nach Anspruch 1, wobei ein Proppantmittel mit der
viskosifizierten Mischung vermischt wird.
3. Eine Vorgangsweise nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Alkalmetallhydroxid
Potassiumhydroxid und das oberflächenaktive Amin Imidazolin ist.
4. Eine Vorgangsweise nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei besagte erste
Komponente der besagten zweiten Komponente im Verhältnis 1 : 0,75 bis 1 : 1,75
beigemischt wird.
5. Eine Vorgangsweise nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Gesamtmenge
besagter erster und zweiter Komponenten, die besagtem flüssigen
Kohlenwasserstoff beigemischt wird, im Bereich von 3 bis 20 Vol. pro 1000 Vol.
besagten Kohlenwasserstoffs liegt.
6. Eine Vorgangsweise der schnellen Viskosifizierung eines flüssigen
Kohlenwasserstoffes, wobei sich die Methode zusammensetzt aus dem Beimischen
besagten flüssigen Kohlenwasserstoffes mit einer wirksamen
Viskosifizierungsmenge der ersten Komponente, bestehend aus Beimischen eines
Orthophosphatesters mit der allgemeinen Formel:
wobei R C&sub6; bis C&sub1;&sub8; und R' ein C&sub2; bis C&sub4; Alkylradikal ist und einem
Alkalmetallhydroxid sowie einer zweiten Komponente, bestehend aus einer
löslichen Quelle von Aluminium- oder eisenhaltigen Ionen, einem
oberflächenaktiven Amin, ausgewählt aus Alkyl- und Alkanolaminen mit 8 bis 18
Kohlenatomen, N-heterozyklischen Aminen, alkylsubstituierten Derivaten solcher
heterozyklischen Amine und deren Mischungen und einem C&sub2; bis C&sub4;
monohydratischen Alkohol, wobei die ersten und zweiten Komponenten zum
flüssigen Kohlenwasserstoff getrennt beigemischt und die Mischung zum schnellen
Viskosifizieren in weniger als 30 Sekunden auf mindestens 4000 Centipoise (4 Pa
s) gebracht wird, gemessen mit einem Brookfield Synchrolectric Viskosimeter
Modell LTV mit einer Spindel Nr. 3, die sich auf 12 U/min bei
Umgebungstemperatur dreht, wenn besagte erste und zweite Komponenten in einer
Konzentration von 0,5 % Vol. vorhanden sind.
7. Eine Vorgangsweise nach Anspruch 6, wobei R besagter erster Komponente
einen Durchschnittswert von 8 bis 10 hat; R' ist Ethyl.
8. Eine Vorgangsweise nach Anspruch 6 oder 7, wobei besagtes
oberflächenaktives Amin wenigsten aus einem Stoff besteht, ausgewählt aus C&sub8; bis
C&sub1;&sub8; Alkylaminen, Alkanolaminen, N-heterozyklischen Aminen und alkylsubstituierten
Derivaten solcher heterozyklischen Amine.
9. Eine Vorgangsweise nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei besagte erste
Komponente mit besagter zweiten Komponente im Verhältnis von 1 : 0,75 bis 1 :
1,75 vermischt wird.
10. Eine Vorgangsweise nach Anspruch 6, 7, 8 oder 9, wobei besagte Mischung
erster und zweiter Komponenten in besagtem flüssigen Kohlenwasserstoff in
Mengen von 3 bis 20 Vol. pro 1000 Vol. flüssigen Kohlenwasserstoffs vorhanden
ist.
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