JP2020514494A - コンデンセートバンキングを低減するための金属酸化物ナノ粒子を用いた界面張力の低下と濡れ性の変更 - Google Patents

Abstract

多孔質地層物質を含むガスコンデンセート貯留層を処理するステップは、地層処理流体をガスコンデンセート貯留層に導入するステップと、地層処理流体をガスコンデンセート貯留槽内に維持するステップとを含む。地層処理流体は金属酸化物ナノ粒子を含む分散体であり、ガスコンデンセート貯留層は多孔質地層物質と接触しているコンデンセートの個別部分を含む。

Description

本願は、２０１７年２月２７日に出願された「コンデンセートバンキングを低減するための金属酸化物ナノ粒子を用いた界面張力の低下と濡れ性の変更」という名称の米国特許出願第６２／４６３，９６２号に基づく優先権を主張し、当該米国特許出願のすべての記載内容を援用する。

本文献は、ガスコンデンセート貯留層におけるコンデンセートバンキングを低減するための地層処理流体へのナノ粒子の使用に関する。

ガスコンデンセート貯留層の圧力が露点未満に低下すると、流体は液相と気相に分離する。そのため、圧力低下は、「逆行凝縮」と呼ばれる液体から気体への相変化をもたらす。坑井近くの領域では、圧力勾配が急であることから、液体／ガス比が大きくなる。臨界液体飽和度とガス流量に依存して、液体飽和度が急速に増大し、それによってガスの流れが妨げられる可能性がある。そのような条件下では、高い表面エネルギーの鉱物は、岩石表面のコンデンセート膜の拡散を促進して細孔表面を完全に濡らし、コンデンセートが蓄積する。蓄積したコンデンセートは、ガスを流すための開放経路を限定し、それによって生産性を大幅に低下させる。

第１の一般的な態様において、多孔質地層物質を含むガスコンデンセート貯留層を処理することは、地層処理流体を前記ガスコンデンセート貯留層に導入するステップと、前記地層処理流体を前記ガスコンデンセート貯留槽内に維持するステップとを含む。前記地層処理流体は、金属酸化物ナノ粒子を含む分散体である。前記ガスコンデンセート貯留層は、前記多孔質地層物質と接触しているコンデンセートの個別部分を含む。前記地層処理流体は、コンデンセートの前記個別部分が前記多孔質地層物質から移動して前記ガスコンデンセート貯留層内に遊離コンデンセートを生じさせるように、前記ガスコンデンセート貯留槽内に維持される。

第１の一般的な態様の実装は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。

実施によっては、前記地層処理流体がコンデンセートの前記個別部分と前記多孔質地層物質との間にくさび膜を形成するのに十分な時間、前記地層処理流体を前記ガスコンデンセート貯留層内に維持する。

いくつかの実施は、前記遊離コンデンセートを前記ガスコンデンセート貯留層から除去するステップをさらに含む。

実施によっては、前記金属酸化物ナノ粒子の最大寸法は、１ナノメートル（ｎｍ）〜１００ｎｍの範囲である。

実施によっては、前記地層処理流体における前記金属酸化物ナノ粒子の濃度は、最大１重量パーセント（ｗｔ％）である。

実施によっては、前記地層処理流体における前記金属酸化物ナノ粒子の粒子体積分率は、最大０．２５である。

実施によっては、前記金属酸化物ナノ粒子は、ケイ素、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、鉄、ジルコニウム、ニッケル若しくはスズ、の酸化物、又はこれらの組み合わせを含む。実施によっては、前記金属酸化物ナノ粒子はシリカを含む。

実施によっては、前記地層処理流体は超臨界二酸化炭素を含む。

地層処理流体をガスコンデンセート貯留層へ供給するための例示のシステムの図である。

ガスコンデンセート貯留層内の地層と接触している地層処理流体の図である。

図２Ａの地層処理流体のナノ粒子の拡大図である。

図２Ａの地層処理流体とガスコンデンセート貯留層との接触領域の拡大図である。

ガスコンデンセート貯留層におけるコンデンセートバンキングを減らす例示の方法のフローチャートである。

露点を通過するガスが坑井に近づく際、そのガスによって坑井細孔の近くに沈殿するコンデンセートは、相対透過効果によって細孔のガスに対する透過性を低下させる。この現象は「コンデンセートバンキング」と呼ばれる。ガスコンデンセート貯留層内の多孔質地層のガスによる濡れ性を、地層中の液体による濡れ性よりも高めることにより、コンデンセートバンキングの影響を減らすことができるかもしれず、それによってガスコンデンセート貯留層における井戸からのガスの生産を増やすことができる。

多孔質の地層のガスに対する濡れ性は、基本流体とナノ粒子とを含む地層処理流体に多孔質の地層を接触させることによって高めることができる。好適な基本流体の例として、水性流体及び超臨界二酸化炭素が挙げられる。実施によっては、基本流体は少なくとも１０重量パーセント（ｗｔ％）の水を含む。実施によっては、基本流体は最大９９．９ｗｔ％の水を含む。実施によっては、基本流体は１０ｗｔ％〜９０ｗｔ％の範囲の水組成を有する。好適な金属酸化物ナノ粒子の例として、ケイ素、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、鉄、ジルコニウム、ニッケル、スズ、の酸化物、又はそれらの組み合わせが挙げられる。実施によっては、金属酸化物ナノ粒子は、１ナノメートル（ｎｍ）〜１００ｎｍの範囲の最大寸法を有する。地層処理流体におけるナノ粒子の濃度は、典型的には最大１ｗｔ％である。実施によっては、地層処理流体におけるナノ粒子の濃度は、少なくとも０．１ｗｔ％である。

実施によっては、地層処理流体は、コロイド分散体である。実施によっては、地層処理流体は１種以上の添加剤を含む。地層処理流体は、０．０１ｗｔ％〜１０ｗｔ％の範囲の添加剤濃度を有することができる。添加剤の例としては、界面活性剤、ポリマー、酸、塩基、及び溶質が挙げられる。好適な界面活性剤としては、陰イオン界面活性剤、例えばドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムが挙げられる。好適なポリマーの例としては、キサンタンゴム、部分的に加水分解されたポリアクリルアミド、及びヘキサデシルジフェニルオキシドジスルホン酸ナトリウムが挙げられる。好適な酸としては、塩酸が挙げられる。好適な塩基としては、水酸化ナトリウムが挙げられる。好適な溶質としては、ステアリン酸が挙げられる。

コロイド分散体は、典型的には安定したコロイド分散体であり、処理流体中のナノ粒子が多孔質地層の細孔を流れるようになっている。コロイド分散体の安定性は、少なくとも部分的には、ナノ粒子のサイズ、形状、電荷、及び溶媒和度、さらにコロイド分散体の水素イオン指数（ｐＨ）、並びに分散体中の添加剤の性質及び濃度などの要因に基づく。

図１は、地層処理流体を、地下層１０４内の坑井１０２へ送達するための例示のシステム１００を示す。供給源１０６からの地層処理流体は、ポンプ１０８によってライン１１０を通って坑口１１２へ圧送され、パイプ１１４を介して坑井１０２に入る。地層処理流体は、地層中の細孔を通ってガスコンデンセート貯留層１１６に入る。

図２Ａは、ガスコンデンセート貯留層、例えばガスコンデンセート貯留層１１６、内の地層２０２と接触している地層処理流体２００の一例を示す。地層処理流体２００は、金属酸化物ナノ粒子２０４を含むコロイド分散体である。

図２Ｂは、ナノ粒子の周囲に添加剤が配置された金属酸化物ナノ粒子２０４の拡大図を示す。実施によっては、添加剤２０６は、地層処理流体２００で金属酸化物ナノ粒子２０４を分散させるために選択された界面活性剤である。コンデンセート２０８は、地層処理流体２００及び地層２０２と接触している。

図２Ｃは、地層処理流体２００、地層２０２、及びコンデンセート２０８が接触している領域の拡大図を示し、ここで、角度θ_ｃは、コンデンセートと地層との接触角である。地層２０２とコンデンセート２０８との接触角θ_ｃが地層処理流体２００と地層２０２との接触角θ_ｆより大きい場合、地層処理流体は、くさび膜２１０を生成する傾向がある。コンデンセート液滴２０８と地層２０２との接触角θ_ｃは、少なくとも部分的には地層処理流体２００で地層２０２を優先的に濡らすために、大きくなる可能性がある。ここで、「くさび膜」は一般に、地層２０２とコンデンセート２０８との界面で地層２０２及びコンデンセート２０８と接触しているくさび形の一定体積の地層処理流体２００を指す。したがって、地層処理流体２００は、地層２０２とコンデンセート２０８との間に介在し、コンデンセート２０８を地層２０２から押しのけ、それによってコンデンセートバンキングを減らす。

コンデンセート２０８を地層２０２から分離することは、少なくとも部分的には、ブラウン運動と、金属酸化物ナノ粒子２０４間の静電反発とに起因する。単一の金属酸化物ナノ粒子２０４によって付与される力は小さいものの、その力は、最大０．２５の粒子体積分率など、粒子体積分率がより大きければより強くなる。ここで、「粒子体積分率」は一般に、全流体（例えば地層処理流体２００）の体積に対するナノ粒子（例えば金属酸化物ナノ粒子２０４）の体積の比を指す。粒子体積分率は、流体中のナノ粒子の濃度（例えば、重量パーセント単位）、ナノ粒子の密度、及びナノ粒子が分散している流体の密度に依存する。粒子体積分率が大きい場合、力は、頂点２５２で５０，０００パスカル（Ｐａ）を超える可能性がある。実施によっては、地層処理流体２００の粒子体積分率は、少なくとも０．０１である。実施によっては、地層処理流体２００の粒子体積分率は、少なくとも０．１である。実施によっては、地層処理流体２００の粒子体積分率は、０．１〜０．２の範囲である。この力が不連続相の頂点２５２（即ち、地層２０２とコンデンセート２０８との間）に空間的に閉じ込められると、平衡が回復する際に、地層処理流体２００はコンデンセート２０８と入れ替わる。

図３は、ガスコンデンセート貯留層、例えばガスコンデンセート貯留層１１６、におけるコンデンセートバンキングを減らす例示の方法３００のフローチャートである。方法３００を行って、多孔質地層物質を含むガスコンデンセート貯留層１１６を処理することができる。ステップ３０２において、地層処理流体（例えば地層処理流体２００）が、ガスコンデンセート貯留層に供給される。地層処理流体は、金属酸化物ナノ粒子を含む分散体であり、ガスコンデンセート貯留層は、多孔質地層物質と接触しているコンデンセートの個別部分を含む。ステップ３０４において、地層処理流体は、ガスコンデンセート貯留層内に維持される。ガスコンデンセート貯留層内に地層処理流体を維持すると、コンデンセートの個別部分が多孔質地層物質から移動し、ガスコンデンセート貯留層内に遊離コンデンセートが生じる。地層処理流体がコンデンセートの個別部分と多孔質地層物質との間にくさび膜を形成するのに十分な時間、地層処理流体を、ガスコンデンセート貯留層内に維持することができる。ここで、「遊離コンデンセート」は一般に、地層に接触していない一定体積のコンデンセートを指す。実施によっては、地層処理流体によって入れ替わった遊離コンデンセートは、ガスコンデンセート貯留層から除去される。

［定義］
本明細書において、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」又は「その（ｔｈｅ）」という用語は、文脈がそうでないことを明確に示していない限り、１つ又は２つ以上を含むために使用されている。「又は（ｏｒ）」という用語は、別段の指示がない限り非排他的「又は（ｏｒ）」を指すために使用されている。「Ａ及びＢの少なくとも一方」という記述は、「Ａ、Ｂ、又はＡ及びＢ」と同じ意味を有する。加えて、本開示で採用し、他で定義されていない言い回し又は用語は、説明のみを目的としており、限定を目的としていないと理解すべきである。項見出しの使用はいずれも、本明細書を読みやすくすることを意図しており、限定するものと解釈すべきではない。項見出しに関連する情報は、その特定の項の中又は外で発生する場合がある。

範囲形式で表現された値は、範囲の限界として明示的に列挙された数値を含むだけでなく、その範囲に包含される個々の数値又はサブレンジ（下位区分の範囲、小数の範囲）もすべて、各数値及びサブレンジが明示的に列挙されているかのように含むものと柔軟に解釈すべきである。例えば、「０．１％〜約５％」又は「０．１％〜５％」の範囲は、約０．１％〜約５％に加えて、示された範囲内の個々の値（例えば、１％、２％、３％、及び４％）、並びに部分的範囲（例えば、０．１％〜０．５％、１．１％〜２．２％、３．３％〜４．４％）も含むものと解釈すべきである。「Ｘ〜Ｙ」という記述は、別段の指示がない限り「約Ｘ〜約Ｙ」と同じ意味を有する。同様に、「Ｘ、Ｙ、又はＺ」という記述は、別段の指示がない限り「約Ｘ、約Ｙ、又は約Ｚ」と同じ意味を有する。「約」は、値又は範囲に一定の変動率、例えば記載した値又は記載した範囲の限界の１０％以内、５％以内、又は１％以内を許容することができる。

「流体」という用語は、ガス、液体、ゲル、高固形分のスラリ、並びに、臨界及び超臨界材料を指す。

「地下層」という用語は、海底の表面の下を含む、地球の表面の下の任意の物質を指す。例えば、地下層は、坑井の任意の区域、及び坑井と流体接触している地下の石油又は水を産出する地層又は領域の任意の区域とすることができる。例によっては、地下層は、液体又はガス状石油材料や水を産出することができる任意の地下領域、又はそれらと流体接触している地下の任意の区域とすることができる。例えば、地下層は、破砕することが望まれる領域、亀裂、又は亀裂周辺の領域、及び、流路又は流路周辺の領域、のうちの少なくとも１つである可能性があり、ここで、亀裂又は流路は、地下の石油又は水を産出する領域と直接又は１つ以上の亀裂又は流路を介して任意に流体的に接続されているものであり得る。

［他の実施］
実施をその詳細な説明と併せて記載したが、上記の説明は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲の限定ではなく例示を意図していると理解すべきである。他の側面、利点、及び変更は、下記の特許請求の範囲内にある。

１００ システム
１０４ 地下層
１１６ 貯留層
２００ 地層処理流体
２０２ 地層
２０８ コンデンセート
２１０ くさび膜

Claims (9)

1. 多孔質地層物質を含むガスコンデンセート貯留層を処理する方法であって：
   金属酸化物ナノ粒子を含む分散体である地層処理流体を、前記多孔質地層物質と接触しているコンデンセートの個別部分を含む前記ガスコンデンセート貯留層に導入するステップと；
   コンデンセートの前記個別部分が前記多孔質地層物質から移動して前記ガスコンデンセート貯留層内に遊離コンデンセートを生じさせるように、前記地層処理流体を前記ガスコンデンセート貯留槽内に維持するステップと；を備える、
   方法。
2. 前記地層処理流体がコンデンセートの前記個別部分と前記多孔質地層物質との間にくさび膜を形成するのに十分な時間、前記地層処理流体を前記ガスコンデンセート貯留層内に維持する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記遊離コンデンセートを前記ガスコンデンセート貯留層から除去するステップをさらに備える、
   請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記金属酸化物ナノ粒子の最大寸法は、１ナノメートル（ｎｍ）乃至１００ｎｍの範囲である、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記地層処理流体における前記金属酸化物ナノ粒子の濃度は、最大１重量パーセント（ｗｔ％）である、
   請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記地層処理流体における前記金属酸化物ナノ粒子の粒子体積分率は、最大０．２５である、
   請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記金属酸化物ナノ粒子は、ケイ素、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、鉄、ジルコニウム、ニッケル若しくはスズ、の酸化物、又はこれらの組み合わせを含む、
   請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記金属酸化物ナノ粒子はシリカナノ粒子を含む、
   請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記地層処理流体は超臨界二酸化炭素を含む、
   請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の方法。
   

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