DE69521345T2

DE69521345T2 - Verfahren zum abbau von zellulosehaltigen fluiden während komplettierungsarbeiten in öl- und gasbohrlöchern

Info

Publication number: DE69521345T2
Application number: DE69521345T
Authority: DE
Inventors: B. Beall; M. Tjon-Joe-Pin
Original assignee: BJ Services Co USA
Current assignee: BJ Services Co USA
Priority date: 1995-01-09
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 2001-10-11
Anticipated expiration: 2015-12-30
Also published as: EP0803024A4; NO328358B1; WO1996021798A1; NO973156L; EP0803024A1; EP1022431A1; DE69535113D1; DE69521345D1; US5566759A; DK1022431T3; EP0803024B1; DK0803024T3; EP1022431B1; NO973156D0

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zum Abbau von cellulosehaltigen Flüssigkeiten der Art, wie sie bei Verrohrungs-, Wiederaufwältigungs- bzw. Überarbeitungs- und Frakturierungs-Operationen bei mäßigen bis hohen Temperaturen oder bei einem pH-Wert im alkalischen Bereich verwendet werden.

Beschreibung des Standes der Technik

Cellulosehaltige Flüssigkeiten werden am unteren Ende der Bohrung bei einer Anzahl von (Erdöl)Bohrarbeiten, wie Wiederaufwältigung, Kiesauffüllen und Zementieren verwendet. Während des hydraulischen Frakturierens, einer anderen Art von Bohrarbeiten, wird eine mit Sand beladene Flüssigkeit unter hohem Druck in ein Bohrloch eingespritzt. Wenn einmal der natürliche Druck des Reservoirs (Lagerstätte) überschritten ist, leitet die Frakturierungsflüssigkeit eine Frakturierung bzw. Spaltbildung in der Formation ein, die im allgemeinen während des Einpumpens weiter fortschreitet.
Diese Behandlung macht es allgemein erforderlich, daß die Flüssigkeit eine maximale Viskosität erreicht, wenn sie in den Spalt eintritt, was die Länge und Breite des Spaltes beeinflußt. Diese Viskosität wird allgemein erreicht, durch Gelbildung von geeigneten Polymeren, wie einem geeigneten Polysaccharid, die als Frakturierungsgele bekannt sind. Die gelierte Flüssigkeit kann begleitet sein von einem Versteifungsmittel, was zu einem Einbau des Versteifungsmittels in den so erzeugten Spalt führt. Das Versteifungsmittel verbleibt in dem gebildeten Spalt, um ein vollständiges Verschließen des Spaltes zu verhindern und einen leitenden Kanal zu bilden, der sich von dem Bohrloch in die behandelte Formation erstreckt, wenn die Frakturierungsflüssigkeit zurückgewonnen wird. Versteifungsmittel umfassen eine große Vielfalt von Materialien und können mit Harzen überzogen sein. Die Gelbildungs-Flüssigkeiten können auch andere übliche Additive enthalten, die in der Bohrindustrie üblich sind, wie grenzflächenaktive Mittel u. ä.
Gelegentlich muß die Produktion aus Bohrungen temporär unterbrochen werden, um Hilfsmaßnahmen durchzuführen, die als Überarbeitungs- bzw. Wiederaufwältigungs-Operationen bezeichnet werden. Die Anwendung von temporär blockierenden Gelen, die auch durch Gelieren von geeigneten Polysacchariden gebildet werden, führt zu einer verhältnismäßig undurchlässigen Barriere über die Produktionsformation.
Polysaccharide haben andere Anwendungsgebiete in der Ölindustrie. Z. B. verdicken nicht vernetzte cellulosehaltige Polysaccharide Flüssigkeiten und kontrollieren den Flüssigkeitsverlust. Sie werden zusammen mit Versteifungsmitteln wie Sand, Steuerflüssigkeiten und Verrohrungsflüsigkeiten, wie solchen zum Kiesauffüllen verwendet.
Das Kiesauffüllen kontrolliert das Wandern von Sand aus nicht verfestigten oder gering verfestigten Formationen durch Einbringen einer Kiesauffüllung um ein geschlitztes oder siebförmiges Futter, das an einer speziellen Stelle innerhalb eines perforierten Bohrlochs eingesetzt ist. Der "Kies" ist üblicherweise Sand oder ein sehr feiner Kies, der den Sand der Formation daran hindert, in das Bohrloch einzudringen. Cellulosen werden typischerweise angewandt, um die Flüssigkeiten zu verdicken, um den Kies gut in die Perforationen des Bohrlochs zu packen. Obwohl nicht verdickte Aufschlämmungen ein kreisförmiges Loch abdichten, verfestigt sich der Sand schnell und hat gegebenenfalls nicht ausreichend Zeit, in die Perforationen zu fließen und diese vollständig abzudichten.
Die Viskosität aller dieser Arten von cellulosehaltigen Flüssigkeiten, ob vernetzt oder nicht, muß am Ende der Operation verringert werden. Am Ende der Frakturierungs- und Überarbeitungs-Operationen werden z. B. die Gele abgebaut und die Flüssigkeiten zurückgewonnen. Gel-Flüssigkeiten (Flüssigkeiten aus Gelen) werden gewonnen durch Verringern der Viskosität der Flüssigkeit auf einen niedrigen Wert, so daß sie unter dem Einfluß der Formationsflüssigkeiten und unter Druck natürlich aus der Formation herausfließt. Diese Viskkositäts-Verringerung oder Umwandlung von Gelen wird als "Brechen" bezeichnet und wird häufig erreicht durch Einbau von chemischen Mitteln, die als "Brecher" bezeichnet werden, in das Ausgangsgel.
Eine ähnliche Verringerung der Viskosität der Flüssigkeit von nicht-vernetzten cellulosehaltigen Flüssigkeiten tritt am Ende der Verrohrungs-Operationen ein. Z. B. wird am Ende des Kiesauffüllens die Viskosität verringert, um ein Verfestigen des Sandes zu ermöglichen, um den Ringraum gut abzudichten. Daher bezeichnet "Brechen" in dieser Beschreibung die Verringerung der Viskosität einer cellulosehaltigen Flüssigkeit, ob vernetzt oder nicht-vernetzt, auf einen niedrigen Wert, so daß sie unter dem Einfluß von Formationsflüssigkeiten und Druck aus der Formation herausfließt.
Neben der Wichtigkeit, einen Brechmechanismus für die Flüssigkeit zur Verfügung zu stellen, der die Gewinnung der Flüssigkeit erleichtert und zu einer Wiederaufnahme der Produktion führt, ist der Zeitpunkt des Aufbrechens von großer Bedeutung. Gele die vorzeitig brechen, können die Produktionszone durch ein Auslaufen von kontaminierenden Materialien in die Produktionsformation zerstören. Wenn die Viskosität zu früh während des Kiesauffüllens verringert wird, verfestigt sich der Sand, bevor er den richtigen Platz innerhalb des Bohrloches und der Perforationen erreicht hat, und trägt so mit zu dem Problem von Sand innerhalb des Bohrloches bei.
Andererseits können Flüssigkeiten, die zu langsam brechen, zu einer langsamen Rückgewinnung der Flüssigkeit aus der Produktionsformation führen. Eine langsame Rückgewinnung verzögert die Wiederaufnahme der Produktion von Formationsflüssigkeiten und kann so zu einer mangelhaften Abdichtung des Ringraumes während des Kiesauffüllens führen. Ein unvollständiger Gelabbau führt zu einer Ansammlung von Rückständen, die die Produktion aus der Formation stören.
Für den Zweck der vorliegenden Erfindung bedeutet vorzeitiges Brechen, daß die Viskosität sich vor dem Ende der Operation in einem unerwünschten Maße verringert. So sollte die Viskosität der Flüssigkeit, um befriedigend zu sein, während der Zeit, die erforderlich ist, um die Operation vollständig durchzuführen, im Bereich von etwa 60 bis 100% bleiben. Da einige Operationen bis zur vollständigen Beendigung längere Zeit erfordern, sollten die Flüssigkeiten in der Lage sein, während dieser Zeiträume entsprechend viskos zu bleiben. Im Labor wird die Viskosität unter Anwendung eines Rotations-Viskometers, wie eines Fann 35VG-Meters oder eines Brookfield DVII digital Viskosimeters gemessen.
Für praktische Zwecke sollte die Viskosität der cellulosehaltigen Flüssigkeit innerhalb eines speziellen Zeitraumes nach dem Abschluß der Operation vollständig verringert sein. Dieser Zeitpunkt hängt von der Temperatur der Formation ab Optimal bricht ein Gel aus der Flüssigkeit wenn die Operation abgeschlossen ist. Eine Flüssigkeit mit vollständig verringerter Viskosität bedeutet eine solche, die durch die nachfolgenden Formationsflüssigkeiten aus der Formation herausgespült werden kann. Ein vollständig gebrochenes nicht-vernetztes Gel führt zu mehr als etwa 95% der ursprünglichen Durchlässigkeit der Formationsprobe unter Anwendung eines Tests auf die Schädigung der Durchlässigkeit durch Gel.
Es ist bekannt, daß Enzymsysteme die Arten von Polysacchariden abbauen, die in Frakturierungs- und Blockierungs-Gelen sowie bei anderen Anwendungen in der Erdölindustrie verwendet werden. Enzymatische Brechsysteme wurden so ausgebildet, daß sie zu einem Gel geformte Frakturierungs- und Blockierungs-Flüssigkeiten, die in der Industrie verwendet werden, sowie Filterkuchen brechen. S. z. B. US-PS 5 224 544 "Enzyme Complex Used for Breaking Crosslinked Cellulose Based Blocking Gels at Low to Moderate Temperatures" und 5 247 995 "Method of Dissolving Organic Filter Cake Obtained from Polysaccharide Based Fluids Used in Production Operations and Completions of Oil and Gas Wells" der Anmelderin dieser Erfindung, auf die hier verwiesen wird. Die in diesen Patentschriften beschriebene Enzymbehandlung von Cellulose baut cellulosehaltige Flüssigkeiten unter mäßigen Bedingungen ab. Die Cellulase- Enzyme bauen spezielle Cellulose-Bindungen in pH-Bereichen von etwa 1,0 bis etwa 8,0, mit einem Optimum im Bereich von etwa 3,0 bis etwa 4,0, bei niedrigen bis mäßigen Temperaturen von etwa 10ºC (50ºF) bis etwa 60ºC (140ºF) ab. Die angegebene Enzymbehandlung ist jedoch bei pH-Werten über etwa 8, sowie Temperaturen über etwa 60ºC (140ºF) weniger wirksam. Wie bei den meisten Enzymen wird die Wirksamkeit des oben beschriebenen Enzymsystems bei pH-Werten an dem oberen Ende des Aktivitätsbereiches, in diesem Falle zwischen etwa 7 und S, verringert, während die Stabilität und Aktivität der Enzyme bei den höheren Temperaturen abnehmen.
Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Mechanismus zum Abbau von cellulosehaltigen Flüssigkeiten, die während der Frakturierungs-, Überarbeitungs- und Verrohrungs-Operationen verwendet werden zur Verfügung zu stellen, um einen wirksamen Abbau der cellulosehaltigen Flüssigkeit im alkalischen pH-Bereich hervorzurufen. Außerdem hat die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, cellulosehaltige Flüssigkeiten bei mäßigen bis hohen Temperaturen abzubauen, zum Ziel.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, ein Enzymsystem zur Verfügung zu stellen, das sie cellulosehaltigen Flüssigkeiten bei alkalischen pH-Werten und mäßigen bis hohen Temperaturen primär zu Monosaccharid- und Disaccharid-Fragmenten abbaut.
Ein anderes Ziel der Erfindung ist es, einen Mechanismus zum Abbau von cellulosehaltigen Flüssigkeiten bei alkalischen pH-Werten und mäßigen bis hohen Temperaturen zur Verfügung zu stellen, der nicht zu einer Reaktion mit anderen Materialien oder Metallen führt, die bei Bohroperationen verwendet werden oder sich in der unterirdischen Formation finden.

Zusammenfassung der Erfindung

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird eine cellulosehaltige Flüssigkeit abgebaut und aus dem Inneren einer unterirdischen Formation entfernt, die ein Bohrloch umgibt. Eine cellulosehaltige Flüssigkeit wird hergestellt durch Vermischen einer wäßrigen Flüssigkeit und eines cellulosehaltigen hydratisierbaren Polymers. Wenn ein Vernetzen erwünscht ist, wird auch ein geeignetes Vernetzungsmittel in die Flüssigkeit eingebaut. Ein Enzymbrecher oder -system der/das wirksam ist, um die cellulosehaltige Flüssigkeit bei einem pH im Bereich von 9 bis 11 abzubauen, wird entweder intern in die Flüssigkeit eingebaut, extern auf die Flüssigkeit angewandt oder ein Gemisch von beiden.
Vorzugsweise wird für Frakturierungs- Verrohrungs- und Überarbeitungs-Operationen eine cellulosehaltige gelierbare Flüssigkeit zubereitet durch Vermisch 1en der wäßrigen Flüssigkeit, des cellulosehaltigen hydratisierbaren Polymers und des Vernetzungsmittels zum Vernetzen des hydratisierbaren Polymers. Wenn ein Enzymsystem intern eingebaut wird, wird das Enzymsystem in dieser Stufe zugesetzt. Die Flüssigkeit wird an eine gewünschte Stelle innerhalb des Bohrlochs gepumpt und kann sich dort vernetzen oder verfestigen. Nach vollständiger Operation baut der Enzymbrecher das Polymer ab. Vor dem Abbau kann eine äußerliche Behandlung angewandt werden, unabhängig davon, ob ein interner Brecher vorher zugesetzt wurde oder nicht. Nach dem Abbau kann die Flüssigkeit aus der unterirdischen Formation an die Oberfläche des Bohrlochs gepumpt werden. Das Enzymsystem greift effektiv nur spezielle Bindungen in dem vernetzten Cellulosegal an.
Für Operationen, die keine vernetzten Flüssigkeiten erfordern, wird eine cellulosehaltige Flüssigkeit zubereitet durch Vermischen der wäßrigen Flüssigkeit mit einem hydratisierbaren cellulosehaltigen Polymer. Wenn der Enzymbrecher intern eingebaut wird, wird der Enzymbrecher in dieser Stufe zugesetzt. Die Flüssigkeit wird an eine gewünschte Stelle innerhalb des Bohrlochs gepumpt. Vor dem Abbau kann eine äußerliche Behandlung angewandt werden, unabhängig davon, ob ein interner Enzymbrecher vorher zugesetzt wurde oder nicht. Nach dem Abbau kann die Flüssigkeit aus der unterirdischen Formation an die Oberfläche des Bohrlochs gepumpt werden. Das Enzymsystem greift effektiv nur spezielle Bindungen in der cellulosehaltigen Flüssigkeit an.
Bei einer besonders bevorzugten Methode zur Durchführung der Erfindung in einem höheren pH-Bereich enthält die cellulosehaltige Flüssigkeit Polysaccharide mit wiederkehrenden Einheiten von Glucose, die durch (1,4)β-D-glucosidische Bindungen verbunden sind, oder wiederkehrende Einheiten von Glucose mit (1,4)β-glucosidischen Bindungen. Der pH-Wert des Enzymsystems beträgt 9 bis 11, vorzugsweise 9 bis 10, bei Temperaturen im Bereich von etwa 10ºC (50ºF) bis etwa 71ºC (160ºF). Besonders bevorzugt hat das Enzymsystem für ein cellulosehaltiges Polysaccharid einen optimalen pH von etwa 9,5 bei einer Temperatur zwischen etwa 27ºC (80ºF) und 71ºC (160ºF).
Die Erfindung liefert ein Verfahren zum wirksamen Abbau von cellulosehaltigen Flüssigkeiten, die bei Frakturierungs-, Überarbeitungs- und Verrohrungs-Operationen verwendet worden sind, in einem höheren pH-Bereich oder Temperaturbereich. Die cellulosehaltigen Flüssigkeiten werden primär zu Monosaccharid- und Disaccharid- Fragmenten abgebaut und das Enzymsystem reagiert nicht mit anderen Materialien oder Metallen, die bei Bohroperationen verwendet werden oder sich in der unterirdischen Formation finden.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile gehen aus der folgenden schriftlichen Beschreibung wie folgt hervor.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Bei dem verbesserten Verfahren nach der Erfindung werden cellulosehaltige Flüssigkeiten, Frakturierungs- oder Blockierungs-Gele, Fracpacks, Kiesauffüll- Flüssigkeiten und Zementier-Flüssigkeiten, in einem höheren pH- oder Temperaturbereich abgebaut. Eine cellulosehaltige Polysaccharid-Flüssigkeit besteht aus einem hydratisierbaren Polymer, das in eine wäßrige Flüssigkeit gemischt ist. Die wäßrige Flüssigkeit könnte z. B. Wasser, Salzlösung, Schäume auf Wasserbasis oder ein Wasser/- Alkohol-Gemisch sein. Das hydratisierbare Polymer, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung geeignet ist, kann irgendein hydratisierbares cellulosehaltiges Polysaccharid sein, wie sie in der Bohrindustrie (Erdölindustrie) allgemein bekannt sind. Z. B. sind geeignete hydratisierbare Polymere Cellulose und Cellulose-Derivate. Die bevorzugten Polysaccharide sind Cellulose, Carboxymethylcellulose, Carboxymethyl-hydroxyethylcellulose und Hydroxyethylcellulose. Die am meisten bevorzugten Polysaccharide sind Hydroxyethylcellulose und Carboxymethyl-hydroxyethylcellulose. Das hydratisierbare Polymer wird zu der wäßrigen Flüssigkeit (in einer Menge) im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,2% zugegeben, abhängig von der Art der Flüssigkeit, mit einem am meisten bevorzugten Konzentrationsbereich für die vorliegende Erfindung von etwa 0,5 bis etwa 1,5 Gew.-% für vernetzte Gele und etwa 0,1 bis etwa 1,5 Gew.-% für nicht vernetzte Flüssigkeiten.
Viele dieser Polysaccharide bilden in Gegenwart eines Vernetzungsmittels ein Gel aus der Ausgangsflüssigkeit. Daher können cellulosehaltigen Flüssigkeiten nach der Erfindung neben dem hydratisierbaren Polymer auch ein Vernetzungsmittel enthalten. Das Vernetzungsmittel kann irgendeines der üblicherweise verwendeten Vernetzungsmittel sein, die dem Fachmann bekannt sind. Für Gele in den hohen pH- Bereichen nach der vorliegenden Erfindung sind Zirkonium-Vernetzungsmittel bevorzugt.
Bei Zirkonium-Vernetzungsmitteln ist das Vernetzungsmittel irgendein Material, das Zirkoniumionen in Lösung abgibt. So kann das Vernetzungsmittel irgendeine übliche Quelle für Zirkoniumionen sein. Ein bevorzugtes Vernetzungs-Additiv ist Natriumzirkonium-lactat. Dieses Vernetzungs-Additiv ist vorzugsweise in einer Menge von etwa 0,01 bis etwa 0,75 Gew.-% der wäßrigen Lösung vorhanden. Vorzugsweise liegt die Konzentration an Vernetzungsmittel im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 0,2 Gew.-% der wäßrigen Flüssigkeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren verringert auch die Viskosität von nichtschädigenden, nicht-vernetzten cellulosehaltigen Polysacchariden, die in der Erdölindustrie angewandt werden. Polysaccharide, wie Cellulose, werden häufig als Sandkontrollmittel beim Kiesauffüllen verwendet. Diese Flüssigkeiten sind dichte viskose Flüssigkeiten, die die Fließfähigkeit von Formationsflüssigkeiten verringern. Daher bezieht sich der Ausdruck "cellulosehaltige Flüssigkeit" in dieser Beschreibung auf polysaccharidhaltige Flüssigkeiten, ob sie vernetzt sind oder nicht-vernetzt sind, die aus Cellulose oder Cellulose-Derivaten hergestellt sind und gekennzeichnet sind durch wiederkehrende Einheiten von D-Glucose, die durch (1,4)β-D-glucosidische Bindungen verbunden sind.
Die vorliegende Erfindung liefert Enzymsysteme, die besonders gut geeignet sind zur Verwendung mit cellulosehaltigen Flüssigkeiten bei höheren pH-Werten und Temperaturen. Die Enzymsysteme sind sehr spezifische Enzyme, die für alle praktischen Zwecke die Cellulosekette der Flüssigkeit vollständig abbauen.
Die Enzyme nach der Erfindung sind Hydrolasen. Die Enzyme sind aktiv und stabil im pH-Bereich von 9 bis 11, vorzugsweise von etwa 9 bis etwa 10, mit einem optimalen pH-Wert bei etwa 9,5. Die gleichen Enzyme sind bei niedrigen bis mäßigen Temperaturen von etwa 10ºC (50ºF) bis 71ºC (160ºF) aktiv.
Abhängig von den Verfahrensbedingungen und der Art der Operationen, bei denen die Flüssigkeit verwendet wird, können die Enzyme intern in die Flüssigkeit eingebaut, extern auf die Flüssigkeit angewandt werden oder eine Mischung davon. Bei vernetzten Blockierungsgelen ist die bevorzugte Methode zur Anwendung der Enzymbehandlung der innere Einbau des Enzyms mit einer externen Anwendung der Enzymbehandlung. Für Frakturierungsgele und nicht vernetzte Flüssigkeiten ist die bevorzugte Methode der Anwendung der innere Einbau des Enzyms. Bei Kiesauffüll-Operationen wird das Enzymsystem vorzugsweise intern in die Flüssigkeit eingebaut.
Bei der Verwendung von Cellulose oder Cellulose-Derivaten werden bei dem spezifischen Enzymsystem Enzyme verwendet, die die β-glucosidischen Bindungen, speziell die (1,4)β-D-glucosidischen Bindungen der Cellulose-Hauptkette, angreifen und so die Hauptkette in Fragmente aufbrechen. Diese Fragmente werden primär in D-Glucose-monosaccaride und -disaccharide aufgebrochen. Der bevorzugte Enzymbrecher ist irgendein Enzyme oder eine Kombination von Enzymen, die die glucosidischen Bindungen der Cellulose-Polymer-Hauptkette angreifen und das Polymer zu überwiegend Monosaccharid- und Disaccharid-Einheiten abbauen, wie Cellulase, Hemicellulase, Endoglucosidae, Exoglucosidase, Endoxylanase, Exoxylanase u. ä. Die beiden bevorzugten Enzyme werden allgemein als Exo- und Endo-Glucosidasen bezeichnet. Die bevorzugten Enzyme für dieses cellulosehaltige System hydrolysieren spezifisch die exo(1,4)β-D-glucosidischen und die endo(1,4)β-D-glucosidischen Bindungen zwischen den Monosaccharid-Einheiten in der Cellulose-Hauptkette und die (1,4)β-D-glucosidische Bindung von Cellulose.
Die bevorzugten Glucosidasen für die erfindungsgemäßen Anwendungen bei hohem pH-Wert sind im Handel erhältliche Cellulasen, die geliefert werden von Novo Nordisk, Dänemark als "SP-359". Das bevorzugte Enzym ist eine Lösung eines 1 : 4- Gemisches (Gew./Gew.) von Exo(1,4)-β-D-cellulase und Endo(1,4)-β-D-cellulase. Dieses Produkt ist eine hellbraune Flüssigkeit mit einem leichten Fermentationsgeruch. Es hat eine spezifische Dichte von 1, 2, einen Siedepunkt von 100-105ºC und hat einen pH- Wert von 6,9 bei 25ºC. Es ist zu 100% in Wasser löslich.
Wenn der Enzymbrecher intern in die viskose Flüssigkeit eingebaut wird, sollte die Cellulase in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 1,0 Vol.%, bezogen auf das Gesamtvolumen der wäßrigen Flüssigkeit, vorhanden sein. Wenn das Enzym extern angewandt wird, dann sollte das Cellulase-Gemisch in einer Menge von etwa 10 bis 100%, bezogen auf das Gesamtvolumen der angewandten Flüssigkeit, insbesondere mindestens 50%, verwendet werden. Wenn die Enzyme sowohl intern als auch extern angewandt werden, dann sollte das Cellulase-Gemisch in einer Menge im Bereich von 0,1 bis 1,0% intern und 10 bis 100% extern angewandt werden. Externe Anwendungen werden durch die Rohre an die Stelle der Flüssigkeit in der Produktionszone gepumpt, die die Enzyme für die besten Ergebnisse gleichförmig verteilt.
Unerwarteter Weise baut diese Kombination von Enzymen die cellulosehaltige Flüssigkeit zu einer Lösung von überwiegend Monosaccharid- und Disaccharid- Einheiten mit Molekulargewichten von etwa 180 ab. "Überwiegend Monosaccharid- und Disaccharid-Einheiten" bedeutet, daß die Gel-Polymer-Hauptkette zu einer Lösung mit mehr als etwa 90%, vorzugsweise mehr als etwa 95%, Monosaccharid- und Disaccharid-Einheiten abgebaut ist. Der Zusatz von weiteren Enzymen oder Oxidantien zu diesem System verringert die Wirkung der Enzymbehandlung nach der Erfindung auf die Cellulose-Hauptkette wesentlich.
Bei einer typischen Blockierungsgel-Operation wird die Blockierungsgel- Flüssigkeit mit einer ausreichenden Geschwindigkeit zur Verfügung zu stellen eingepumpt, um die Formation zu überziehen. Eine typische Blockierungsgel-Behandlung würde durch Hydratisieren von 23 bis 54 kg (50 bis 120 pounds) pro 3790 Liter (1000 gallons) Flüssigkeit (ppt) cellulosehaltigem Polymer, wie Cellulose, in einer leichten bis schweren Salzlösung, z. B. frischem Wasser, bis 1,7 kg/l (14,5 pounds per gallon) (ppg) CaCl&sub2;&sub1;CaBr&sub2; durchgeführt. Der pH der Flüssigkeiten wird durch Verwendung von eines geeigneten Puffers, Säure oder Base, z. B. Salzsäure oder Natriumhydroxid, eingestellt.
Kiesauffüll-Operationen sind bekannt. S. z. B. US-PS 5 251 699. Bei einer typischen Kiesauffüll-Operation werden eine viskose Aufschlämmung einer nicht-vernetzten cellulosehaltigen Trägerflüssigkeit und Sand an eine Stelle gepumpt, wo ein Bereich des Bohrlochs vorher perforiert worden ist. Die Aufschlämmung suspendiert den Sand und verhindert gleichzeitig ein vorzeitiges Verfestigen und verringert vorzugsweise die Scherkräfte und ist temeperaturintensiv. Das Verringern der Scherkräfte erlaubt ein Pumpen der viskosen Aufschlämmung, während die Sandteilchen suspendiert bleiben. Die Temperaturintensität verhindert ein vorzeitiges Verfestigen aufgrund von Viskkositätsveränderungen, wenn die Aufschlämmung die Bohrleitung passiert.
Das Enzymsystem kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt in die Aufschlämmung eingebaut werden. Das Enzymsystem kann entweder in die Trägerflüssigkeit eingebaut werden bevor der Sand zugesetzt wird, oder es kann zu der Sandaufschlämmung zugesetzt werden, z. B. "im Fluge" während die Aufschlämmung in die Formation gepumpt wird. Bevorzugte Mengen an Enzymbrecher sind etwa 0,1 bis etwa 1,0 Gew.-% der Trägerflüssigkeit.
Cellulose und ihre Derivate werden typischerweise zu der Trägerflüssigkeit zugesetzt, um eine Viskosität zwischen etwa 30 und etwa 600 cPs bei einer Scherrate von etwa 100 s&supmin;¹ bei der Temperatur des abzudichtenden Bohrlochs zu erreichen. Die Flüssigkeit kann irgendeine der Flüssigkeiten sein, wie sie üblicherweise zum Kiesauffüllen verwendet werden.
#Der Sand hält Sand aus der Formation fest, ohne daß er durch das Futter hindurch geht. Eine Art von Sand, der typischerweise verwendet wird, geht durch ein 40 mesh Sieb hindurch, während ein 60 mesh Sieb den Sand zurückhält (40 · 60 mesh). Andere Sande umfassen 20 · 40 und 50 · 70 Sand. Allgemein werden 0,23 bis 2,3 kg (0,5 bis 5 pounds) Sand pro 3,8 l (gallon) Trägerflüssigkeit suspendiert, vorzugsweise etwa 0,23 bis etwa 1,4 kg (etwa 0,5 bis 3 pounds) pro 3,8 I (gallon) Flüssigkeit, insbesondere 0,37 kg/l (3 ppg).
Eine Kiesauffüllung oder Crossovervorrichtung und ein geschlitztes Futter oder Siebfutter werden in den perforierten Bereich des Bohrloches eingeführt. Die Crossovervorrichtung wird über das Futter gelegt und kommuniziert direkt mit dem das Futter umgebenden Ringraum. Die Crossovervorrichtung kommuniziert von dem Inneren eines Arbeitsstranges aus mit dem das Futter umgebenden Bohrloch. Die Sandaufschlämmung geht durch die Crossovervorrichtung hindurch zu dem Ringraum, der den Arbeitsstrang umgibt. Das Bohrloch oberhalb der Crossovervorrichtung, die den Arbeitsstrang umgibt, und das Bohrloch, das das Futter unterhalb der Crossovervorrichtung umgibt, sind im allgemeinen durch einen Schieber getrennt, der mit der Crossovervorrichtung verbunden ist. Das Futter hat enge Schlitze, die es ermöglichen, daß die Trägerflüssigkeit in das Futter strömt, während der Sand heraus gefiltert wird. Bei einer Alternative hat ein Siebfutter oder mit Draht umwickeltes Sieb Drähte, die um das Rohr gewickelt sind, und die durch Abstände, die der Breite der Schlitze entsprechen, voneinander getrennt sind.
Nachdem das Futter in dem Bohrloch innerhalb des abzudichtenden Bereichs in dem Bohrloch aufgehängt ist, wird die Aufschlämmung aus Sand und Trägerflüssigkeit durch den Arbeitsstrang, die Crossovervorrichtung und in den Ringraum und die Perforationen gepumpt. Der abgeschiedene Sand verfestigt sich mindestens eine Stunde bevor die Crossovervorrichtung von dem Futter getrennt und nach oben aus dem Bohrloch entfernt wird. Ein Produktionsrohr wird dann in das Bohrloch herabgelassen und mit dem Futter verbunden.
Für eine gute Kiesauffüllung sowohl des Ringraumes, der das Sieb und die Perforationen umgibt, muß die Trägerflüssigkeit sowohl in die Formation als auch in das Futter eindringen. Der Prozentsatz der Trägerflüssigkeit, die durch das Futter wieder an die Oberfläche gelangt, wird allgemein als Rückflußrate bezeichnet. Diese Rückflußrate liegt vorzugsweise zwischen etwa 20 und etwa 85%, insbesondere zwischen etwa 50 und etwa 70%.
Die optimale Geschwindigkeit der Aufschlämmung in dem Ringraum vor dem Austreten hängt von dem Winkel von der Vertikalen des abzudichtenden Bohrlochs ab. Allgemein sind höhere Geschwindigkeiten für stärker horizontale Bohrlöcher bevorzugt als für stärker vertikale Bohrlöcher. Bei einem horizontalen Bohrloch beträgt die Geschwindigkeit der Aufschlämmung vor einem Austreten vorzugsweise etwa 0,6 bis 0,9 m/s (2 bis 3 ft/s). Ein Bohrloch, das 40 bis 0º von der Vertikalen abweicht, wird vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit der Aufschlämmung vor dem Austreten von etwa 0,3 bis 0,6 m/s (1 bis 2 ft/s) aufgefüllt. Ein Bohrloch mit etwa 64º von der Vertikalen wird vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit der Aufschlämmung von etwa 0,6 m/s (2 ft/s) aufgefüllt.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern und nicht einschränken. Cellulose spezifisches Enzym: 230 PPT Hydroxyethylcellulose-Polymer pH 9,5
Temperatur 24ºC (75ºF)
Viskosität gemessen mit einem Fann 35A Viskometer mit 350 UpM
Viskosität nach 1500 min., erhalten mit einem Cannon-Fenske Viskometer
GPT - Liter Enzym pro tausend Liter wäßrige Flüssigkeit
CPS - Centipoise
PPT - kg pro tausend
Die Anwendung eines Gel Demage Permeability Tests zeigt die Rückgewinnung der Durchlässigkeit der Poren nach dem Abbau des Gel-Flüssigkeits-Polymers. Für diesen Test wird ein Testkern aus einer Probe einer Sandsteinformation gebohrt. Die Dimensionen des Kerns werden sorgfältig abgemessen. Der Querschnitt (A) und die Länge (L) des Kerns werden notiert.
Der Kern wird dann in eine leichte Salzlösung gegeben, die angewandt wird, um eine Salzlösung in der Formation zu simulieren. Die leichte Salzlösung kann aus Kaliumchlorid, Natriumchlorid, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid oder einer Kombination davon oder irgendeinem Salz hergestellt sein, das aus einer Analyse von tatsächlichem Formationswasser bestimmt wird. Der Kern wird im Vakuum mit der Salzlösung gesättigt. Der Kern wird dann in einen Kernhalter gegeben. Der Kern und der Kernhalter werden dann in eine Kern-Testvorrichtung, wie eine Hassler Core Test Cell, gegeben. Diese Vorrichtung erlaubt es, daß Druck in radialer und axialer Richtung angewandt wird. Die Ober- und Unterseite des Kerns sind dem Flüssigkeitsstrom ausgesetzt.
Die Salzlösung strömt dann unter Anwendung einer Pumpe oder eines mit Druck angetriebenen Systems durch der Kern. Die Strömungsgeschwindigkeit (Q) in Einheiten/Zeit und der Druck (P) in [kg/m² ÷ 702] (psi) werden notiert. Die Durchlässigkeit des Kerns wird dann berechnet unter Anwendung der Darcy Gleichung:
K = QuL/AΔP
wobei u die Viskosität, gemessen in cPs, und K die Durchlässigkeit in Darcy ist.
Die Richtung der anfänglichen Strömung der Salzlösung durch den Kern ist die Produktionsrichtung. Die Strömungsrichtung wird umgekehrt, um das Einspritzen einer Flüssigkeit in ein Bohrloch zu simulieren. Diese wird als "Einspritzrichtung" bezeichnet. Die Durchlässigkeit wird wieder mit Hilfe der Darcy Gleichung berechnet. Die beiden Werte werden angewandt um die prozentuale Schädigung zu berechnen.
K - Durchlässigkeit
(%) - Prozent zurückgewonnene Durchlässigkeit
Es wurden eine Reihe von Vorteilen der Erfindung gezeigt. Durch die verbesserten erfindungsgemäßen Verfahren werden cellulosehaltige Flüssigkeiten, die bei Frakturierungs-, Überarbeitungs- und Verrohrungs-Operationen angewandt werden, in einem höheren pH-Bereich sowie bei mäßigen bis hohen Temperaturen abgebaut.
Durch die verbesserten Verfahren nach der vorliegenden Erfindung werden cellulosehaltige Flüssigkeiten primär zu Monosaccharid- und Disaccharid-Fragmenten unter Bedingungen abgebaut, die für Enzyme geeignet sind. Diese Bedingungen sind alkalische pH-Bereiche und mäßige bis hohe Temperaturen.
Die Enzymsysteme nach der Erfindung bauen cellulosehaltige Flüssigkeiten in alkalischen pH-Bereichen und bei mäßigen bis hohen Temperaturen ab, ohne daß sie mit anderen Materialien oder Metallen reagieren, die bei Bohroperationen verwendet werden oder in der unterirdischen Formation vorhanden sind, reagieren.

Claims

1. Verfahren zur Verringerung der Viskosität einer cellulosehaltigen Flüssigkeit, die bei Wiederaufwältigungs-, Spaltenbildungs- und Verrohrungs-Operationen verwendet wird und sich in einer unterirdischen Formation findet, die ein verrohrtes Bohrloch umgibt, umfassend die Stufen:

(i) Formulierung der cellulosehaltigen Flüssigkeit durch Vermengen von (a) einer wäßrigen Flüssigkeit (b) einem cellulosehaltigen hydratisierbaren Polymer und gegebenenfalls (c) einem Enzymsystem oder einer ursprünglichen Quelle für ein Enzymsystem,

(ii) Pumpen der cellulosehaltigen Flüssigkeit an eine gewünschte Stelle innerhalb des Bohrlochs,

(iii) Anwenden

- eines externen Enzymsystems falls (i) die Komponente (c) nicht umfaßt, und

- eines zusätzlichen Enzymsystems falls die Komponente (c) die ursprüngliche Quelle ist, auf die Cellulose enthaltende Flüssigkeit, und

(iv) Zulassen, daß das Enzymsystem das Polymer abbaut, wodurch die Flüssigkeit von der unterirdischen Formation an die Oberfläche des Bohrlochs gebracht werden kann,

wobei das Enzymsystem Aktivität im pH-Bereich von 9 bis 11 aufweist und β-D- Glucosid-Bindungen in dem hydratisierbaren Polymer wirksam angreift.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die cellulosehaltige Flüssigkeit zusätzlich ein geeignetes Vernetzungsmittel zum Vernetzen des hydratisierbaren Polymers zur Bildung eines Polymergels enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das cellulosehaltige hydratisierbare Polymer wiederkehrende Einheiten von D-Glucose aufweist, die durch (1,4)-β-D- Glucose-Bindungen verbunden sind, und das Enzymsystem spezifisch ist, um die (1,4)-β-D-Glucose-Bindungen anzugreifen.