NO159437B - Fremgangsmaate ved belegning av borekjerneproever. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører fremgangsmåte som angitt i jkrav l's ingress. Spesielt vedrører den en fremgangsmåte , for å påføre et epoksyharpiksbelegg på en borekjerneprøve •fjernet fra et borehull. I det etterfølgende vil en bore-kjerneprøve omtales som kjerneprøve.

Eksempelvis ved boring av olje- og gassbrønner er det vanlig at når borehodet nærmer seg en underjordisk formasjon som kan inneholde olje eller gass å ta kjerneprøver av de strata som er gjennomboret ved boringen. Disse prøver bringes opp til overflaten og analyseres med hensyn til egenskaper såsom stensammensetning, porøsitet, permeabilitet, kompressibilitet, olje og vannmetning etc. og de erholdte data anvendes for å bestemme hvorvidt den underjordiske formasjon er i stand til å produsere olje og gass i kommersiell akseptabel skala og for evaluering av reservoaret.

De forskjellige egenskaper for kjerneprøven måles med prøven montert i en kjerneholder, eksempelvis av den triaksiale type, som har forskjellige trykk - og andre tilknytninger for å utføre de ønskede målinger. Prøven plasseres inne i holderen i en deformerbar gummi- eller plastmansjett og et omsluttende trykk legges over-mansjetten hvilket trykk til-svarer Ca. overtrykket i den underjordiske formasjon som prøven var utsatt for før den ble fjernet fra borehullet.

Selv om det er ønskelig at slike kjerneanalyser utføres relativt raskt etter at prøven er fjernet fra borehullet, slik at de erholdte data kan utnyttes for å bestemme hvorvidt ytterligere boring er nødvendig eller om brønnen kan gjøres ferdig for produksjon ved det nivå som allerede er nådd,

så er det vanlig å bibeholde prøven slik at den er tilgjenge-lig for etterfølgende inspeksjon og analyse, eventuelt flere år etter boring av brønnen.

Følgelig anvendes ofte stor lagringsplass for å holde og preservere prøver opptatt fra brønner, slik at de kan eksa-mineres og underkastes ytterligere undersøkelser av geologer eller andre analytikere.

Til nå har det vært vanskeligheter med å oppnå nøyaktige og

pålitelige målinger av de forskjellige egenskaper for kjerne-prøver av denne generelle type.

Eksempelvis kan det relativt høye omsluttende trykk som legges over kjerneholdermansjetten i enkelte tilfeller presse

mansjetten inn i åpne porer i prøven, hvilket medfører en meget uheldig innvirkning på porøsitets- og andre målinger. Som en ytterligere illustrasjon som spesielt er aktuell i de tilfeller hvor prøven lagres over en lengre tidsperiode så vil korn på overflaten av prøven løsne ved gjentatte hånd-teringer og ytterligere innvirke på de ønskede målinger.

I tillegg vil prøvene ofte ikke med den nødvendige presisjon passe inn i de tykkveggede stålformer som anvendes for under-søkelse av uniaksielt innesluttede prøver.

En hensikt med oppfinnelsen er derfor å tilveiebringe en fremgangsmåte for belegning av kjerneprøver uttatt fra brønn-borehull.

Mere spesielt er en hensikt med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for å påføre et ugjennomtrengelig belegg på en kjerneprøve, hvilket belegg er tilstrekkelig stivt til å forhindre inntrengning av belegningsmaterialet i prøvens porer under det høye omsluttende trykk og som likevel er tilstrekkelig fleksibelt til å overføre trykket som påføres gjennom kjerneholderien under målingens utførelse.

En annen hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte ved hvilken belegget effektivt forhindrer en ødeleggende løsning av korn fra prøvens overflate. En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte for belegning av kjerneprøver på en enkel og billig måte.

Fremgangsmåten er særpreget ved det som er angitt i krav

l's karakteriserende del, ytterligere trekk fremgår av kravene 2-4.

I henhold til en eksempelvis utførelse av oppfinnelsen blir kjerneprøven omhyggelig renset og vaselin påføres som barriere eller slippmiddel på dens ytre overflate.

Prøven blir deretter belagt i en form med en plastisk blanding av en herdbar epoksyharpiks og herdet. Formens dimensjoner er nøye kontrollert i forhold til kjerneprøvens dimensjoner for å tilveiebringe et ekstremt tynt men stivt belegg på prøven. Belegget herdes på en spesiell måte og endene av den belagte prøve skjæres av for å frilegge prøvematerialet.

I henhold til et trekk av oppfinnelsen blir formen først delvis fylt med plastblandingen og kjerneprøven blir deretter langsomt innført i formen under et rykk som ikke er større enn 3,5 kp/cm<2>. Når prøven innføres vil blandingen strømme opp langs siden av prøven inntil blandingen dekker den øvre blottlagte ende. Det resulterende belegg er tynt med svært få hulrom eller andre mangler.

I henhold til et annet trekk ved oppfinnelsen blir kjer-neprøven før innføring i formen belagt påen ende av prøven med en tynn plastblanding av en herdbar epoksyharpiks og herder og belegget får herde tilstrekkelig til effektivt å forsegle den belagte ende. Når prøven presses inn i formen vil den belagte ende tjene som barriere og forhindre at plastblandingen i formen trenger inn i det indre av prøven i noen vesentlig grad.

Som nevnt er avstanden mellom den ytre overflate av kjer-neprøven og den indre overflate av formen minst 0,1 mm og ikke mer enn 0,5 mm, hvilket fører til at tykkelsen av belegget bibeholdes innen dette området. Tykkelsen av belegget er tilstrekkelig til å forhindre at belegget trenger inn i prøvens porer under påføring av det omsluttende trykk og samtidig tilveiebringer den nødvendige fleksibilitet til å overføre omslutningstrykket til prøven.

I henhold til et ytterligere trekk ved oppfinnelsen, i visse tilfeller, blir belegget på kjerneprøven herdet ved å holde prøven ved romtemperatur i minst ca. 4 t og deretter holde den ved en forhøyet temperatur i minst 8 t. Herdeprosedyren forsterker ytterligere beleggets integritet. <!>

Oppfinnelsen skal i det etterfølgende beskrives under henvisning til de vedlagte tegninger, hvor

Fig. 1 er et vertikalsnitt av en sylindrisk kjerneprøve som skal belegges i henhold til en utførelsesform av foreliggende fremgangsmåte. Fig. 2 er et vertikalsnitt gjennom kjerneprøven i fig. 1, etter påføring av barrierernaterialet. Fig. 3 er et vertikalsnitt av kjerneprøven ifølge fig. 2 med et plastbelegg påført den ene ende. Fig. 4 er et vertikalsnitt av en form for påføring av et plastbelegg på hele den eksponerte overflate av kjerneprøven. Fig. 5 er et vertikalsnitt av formen ifølge fig. 1 med inn-ført kjerneprøve. Fig. 6 er et sideriss av den belagte kjerneprøve etter at denne er fjernet fra formen. Fig. 7 viser gjennomskåret et vertikalsnitt av en kjerneholder for prøven.

Under henvisning til fig. 1 er det vist en kjerneprøve 10 tatt fra et brønnborehull. Prøven 10 omfatter en generelt sylindrisk seksjon av den underjordiske faste formasjon og utviser en mer eller mindre porøs struktur med eventuelle porerom eller hulrom i dens sylindriske overflate 11 og ved endeoverflåtene 12 og 13. Prøven skal undersøkes med hensyn til egenskaper såsom porøsitet, permeabilitet, kompressibilitet, vanninnhold, hydrokarbonmetning etc. I tillegg er også direkte informasjon vedrørende væskestrømskarakteristika, fysikalske, kjemiske, elektriske og akustiske egenskaper o.l. også av verdi og kan erholdes kun fra en aktuell prøve1 av formasjonen. Det er av spesiell viktighet å bringe kjerneprøven 10 tilbake til den tilstand i hvilken den eksi-sterte i laget under jordoverflaten. Hvis ikke vil noen av de ovenfor nevnte bestemmelser, som er avhengig av den fysikalske struktur av prøven, være unøyaktige. Følgelig når disse bestemmelser utføre s er det vanlig å utsette prøven for et høyt omliggende trykk, eksempelvis 700 kp/cm 2, hvilket er tilnærmet det effektive overtrykk som prøvematerialet var utsatt for i det underjordiske stratum. Det omsluttende trykk påføres under utførelse av de forskjellige bestemmelser mens prøven er montert i en passende kjerneholder. En slik kjerneholder er vist i fig. 7. Kjerneholderen omfatter et hult legeme 15 med en generelt sylindrisk konfigurasjon som er forsynt med endelokk 17 som er forsynt med passende kanaler 20, 21 og 22 for pålegning av trykk og innføring av fluida i henhold til de spesielle bestemmelser som skal utføres. Kjerneprøven 10 er innført i en fleksibel gummi-eller plastmansjett 25 og mansjetten med prøven monteres inne i delen 15 mellom to permeable stålskiver 27 og 28 som er lokalisert tilstøtende de respektive ender av prøven.

En trykkforbindelse 30 utstrekker seg aksielt fra midtpunktet av delen 15. Forbindelsen 30 er utformet som et hele med delen 15 og er forsynt med en kanal 31 som kommuniserer med det indre av det sylindriske legemet.Under utførelse av en bestemt måling påføres det omsluttende trykk via kanalen 3 0 til den fleksible mansjett 25 og følgelig til kjerne<p>røven 10. Det pålagte høye omsluttende trykk på den fleksible mansjett 25 har en tendens til å presse mansjetten inn i åpne porerom i kjerneprøven 10 som undersøkes. Denne inntrengning av mansjetten inn i porerommene kan ha en betydelig ødeleggende effekt på nøyaktigheten av forsøksresulitatene.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er kjerneprøven imid-lertid innesluttet i et plastbelegg 3 5 som er tilstrekkelig stivt til å forhindre inntrengning av både plasten og mansjetten inn i porerommet, men likevel tilstrekkelig fleksibel til at det ønskede omsluttende trykk kan legges over prøven.

For å påføre belegget 35 på kjerneprøven 10 blir kjerne-prøven først renset for salt og olje ved å spyle prøven med metanol eller andre organiske, rensende bestanddeler. Prøven blir deretter plassert i en ovn og tørket ved forhøyet temperatur, eksempelvis 80°C.

Som det best kan sees fra fig. 2 er barrierematerialet 37 påført hele den eksponerte overflate av den rensede og tør-rede kjerneprøve 10. Selv om et stort antall barrieremate-rialer kan anvendes for dette formål er vaselin og andre petroleumdestillater foretrukne p.g.a. deres gode slippegenskaper. Materialet 37 arbeides inn i den sylindriske overflate 11 og endeflatene 12 og 13 av prøven 10 og overskuddsmaterialet fjernes ved en luftstråle eller ved avgnidning med hånd.

Materialet for belegget 35 omfatter en konvensjonell plastblanding av en herdbar epoksyharpiks og en passende herder derfor. Blant de forskjellige epoksyharpikser som kan an-vendes for dette formål er det kommersielt tilgjengelige belegningsmaterialet "HYSOL" belegningsmiddel "C9-4183.

Den anvendte herder er "R9-3469".

I visse utførelsesformer av oppfinnelsen, spesielt der hvor

en av de to endeoverflater 12 og 13 av kjerneprøven inne-holder et stort antall overflatehulrom påføres et lag 38

(se fig. 3) av plastblandingen på hele overflaten hvoretter de belagte ender får herde ved romtemperatur i minst 4 timer for å tilveiebringe en væskeugjennomtrengelig forsegling.

Plastbelegget 35 påføres kjerneprøven 10 i en sylindrisk form 40. Formen 4 0 omfatter en rustfri stålsylinder med en polert indre vegg 41 med et endeelement 4 2 som lukker den nedre del av formen. Den indre diameter av formen 4 0 hør holdes innen veldefinerte grenser i forhold til kjerneprøven 10 for samtidig å bibeholde tykkelsen av belegget 35 innen disse grenser. Således for det beste resultat må den indre diameter av for-; men være minst 0,2 mm og ikke mere enn 1 mm større enn dija- \ meteren for kjerneprøven i den hensikt å tilveiebringe et belegg med en tykkelse i området 0,1^0,5 mm. Hvis tykkelsen av belegget er mindre enn ca. 0,1 mm vil belegge ikke utvise tilstrekkelig styrke til å forhindre inntrengning i prøvens porer under de høye omsluttende trykk som påføres gjennom kanalen 31 (fig. 7). i kjerneholderen. Hvis tykkelsen overstiger ca. 0,5 mm vil belegget bli for stivt og vil ikke i tilstrekkelig grad overføre det omsluttende trykk til prøven.

Formen 4 0 belegges med et passende formslippemiddel og fylles deretter med plastblandingen av en herdbar epoksyharpiks og herder umiddelbart etter at blandingen er fremstilt. Vekt-forholdet i blandingen er eksempelvis 93% "C9-4183 HYSOL" epoksyharpiks og 7,0% "H9-3469 aromatisk/alifatisk aminher-der. Den nedre ende 13 av kjerneprøven 10 stikkes langsomt inn i den delvis fylte form hvilket bringer plastblandingen til å flyte opp rundt den sylindriske overflate 11 av prøven og opp over enden 12. Når prøven 10 føres inn i formen 40 anvendes et trykk ved enden 12 for å presse prøven ned i plastblandingen med nøye kontrollert hastighet. Trykket er som nevnt ikke mer enn 3,5 kp/cm 2, fordi ved høyere trykk vil prøven innføres i blandingen for raskt og forårsake inn-føring og inneslutning av luft som danner åpne rom eller tynne veggsnitt i bélegget og ytterligere kan plasten presses inn i porer tilstøtende den nedre overflate 13. Minimumstryk-ket som anføres under innføring av prøven vil for en stor del være avhengig av blandings herdetid, men trykket bør generelt ikke være mindre enn ca. 0,3 5 kp/cm 2. ■ Hvis det anvendte trykk er meget under denne verdi vil prøven trenge inn i blandingen for langsomt hvilket fører til at blandingen har en tendens til å påbegynne herdning før prøven når full innført stilling. Spesielt gode resultater oppnås ved å holde trykket på ca. 0,6-0,7 kp/cm 2.

I utførelsesformene hvor enden 13 av kjerneprøven 10 er for-håndsbelagt med plastlaget 38 kan det anvendte trykk være større enn det som ellers ville være tilfelle. Laget 38 tjener som en barriere som forhindrer strøm av plast inn i porerommene i nærheten av enden 13 og prøven kan innføres i

formen 40 med en større hastighet.

Fig. 5 viser kjerneprøven 10 i den fullt innstukne posisjon i formen 40. Prøven 10 bibeholdes i formen under den etter-følgende herdning av plastblandingen. Blandingen herdes først ved å holde den ved romtemperatur i et tidsrom tilstrekkelig til at plasten størkner og deretter ved å plassere formen i en ovn for å holde blandingen ved en forhøyet temperatur i en tidsperiode tilstrekkelig til å forårsake fullstendig herding av materialet. Selv om herdetiden vil være avhengig delvis av det spesielt anvendte belegningsmaterialet og de herskende betingelser som materialet utsettes for så oppnås spesielt gode resultater hvis herdingen får forløpe minst 4 timer ved romtemperatur og deretter ved å holde blandingen ved forhøyet temperatur ved ca. 80°C i minst 8 timer.

Når herdingen av plastbelegget er fullstendig fjernes bunnelementet 42 og den belagte kjerneprøve 10 fjernes fra formen 4 0 ved å presse på den øvre ende 12. Endene 12 og 13 blir deretter skåret av eksempelvis ved anvendelse av en egnet sag, slik som vist ved de stiplede linjer 45 og 46 i fig. 6. Disse avkutninger utføres i de rette vinkler på prøven 10's akse og i en tilstrekkelig avstand fra prøveendene for å fjerne alle spor av plast fra de eksponerte ender. Det fer-dige belegg 3 5 dekker hele den perifere overflate 11 av kjerneprøven 10. Belegget føyer seg nøyaktig langs prøvens overflate men er ikke bundet til dette p.g.a. laget 37 av petroleumvaselin. Belegget er tynt og stivt med meget få hulrom eller andre feil og har en tykkelse innen de ovenfor beskrevne grenser.

Den belagte kjerneprøve 10 plasseres i kjerneholderen vist

i fig. 7 og gjennomspyles med toluen, heksan eller andre organiske oppløsningsmidler for å fjerne vaselinet fra porerommene. Prøvene blir deretter omhyggelig tørket i en ovn ved en temperatur på ca. 80°C. Den således tørkede prøve er i en tilstand for utførelse av de ovenfor omtalte bestemmelser.

De etterfølgende eksempler illustrerer oppfinnelsen.

EKSEMPEL I

Uniaksial kompressibilitetsprøve

En rett sylindrisk kalkstensprøve lignende den vist i fig. 1 og med en diameter på 2,4 9 cm ble boret ut fra en kjerne med full diameter erholdt fra et brønnborehull. Prøvestykket ble renset for hydrokarboner ved hjelp av toluen, utlutet for salt med metanol og deretter omhyggelig tørket. En porøsi-tetsbestemmelse ble utført og viste at prøven hådde en porø-sitet på 1,5%.

Den tørkede prøve ble belagt med vaselin og overskudd fjernet med håndavgnidning.

En plastblanding ble fremstilt av 93 vekt% "C9-4183 HYSOL" epoksyharpiks og 7 vekt% "H9-3469" arematisk/alifatisk amin-herder.

En rett sylinderform av rustfritt stål med et polert indre

og med en veggtykkelse 9,5 mm ble festet til bunnelementet slik som vist i fig. 4 .og en film "HYSOL AC4-4368" formslipp-middel ble sprøytet på den indre vegg. Formen ble deretter delvis fylt med tilstrekkelig plastblanding til å dekke prøven når denne deretter ble neddykket i blandingen.

Prøven ble langsomt presset ned i plasten gjennom toppen av formen og plasten strømmet mellom sidene av prøven og formen inntil toppen av prøven ble dekket. Prøven ble neddykket med langsom hastighet for å tillate at plasten dekket prøven uten medfanget luft.

Den plastbelagte prøve ble holdt i formen ved romtemperatur

i ca. 4 timer og herdet over natten i en ovn ved ca. 80°C. Prøven og formen ble deretter fjernet fra ovnen og fikk

kjøle langsomt for å unngå sprekking av det tynne plastbelegget. Bunnelementet ble deretter fjernet og den plastbelagte prøve presset ut av formen tilstrekkelig langt til å blott-legge .en ende. Plasten rundt den blottlagte ende ble skåret av med et skarpt instrument inntil plastbelegget på enden løsnet. Prøvens ende ble slipt med smergelpapir lagt flatt på en bordplate inntil endeflaten var perpendikulær på formens

akse og prøvens korn var frilagt. Mesteparten av porerommené som kunne sees under mikroskopet var fri for plastmaterialetL

Prøven ble deretter presset mot den motsatte ende av formen inntil den andre ende av prøven var frilagt og den ble skåret og slepet på tilsvarende måte. Prøven ble deretter presr-set ut av formen og toluen ble ført gjennom prøven for å: fjerne gjenværende petroleumvaselin og for å sikre at porerommené kunne bli utsatt for luft under den aktuelle bestemmelse. Tykkelsen av plastbelegget rundt prøven var 0,25 mm.

Prøven ble deretter tørket, mettet med saltvann og innført

i en rett stålsylinder tilsvarende den som ble anvendt for formen. En prøve i aksial retning ble utført under anvendelse av en hydraulisk presse for å sammenpresse prøven langs dens akse og en viserindikator for lengdeforandringen viste 0,025 mm. Det maksimale innesluttende trykk som prøven ble utsatt for under prøven var 7 00 kp/cm . Forhåndsbestemt plastisk permeabilitet og instrumentkorreksjoner ble anvendt under utregning av prøvens kompressibilitet fra de målte data. Forsøksresultatene var akseptable for erfarne analytikere.

Eksempel II

Uniaksial kompressjonsbestemmelse

En kalkstenskjerneprøve med en diameter på 2,459 cm ble skåret ut fra en kjerne med full diameter, erholdt fra et brønnborehull og fremgangsmåten i eksempel I ble fulgt for å gi uniaksiale kompressjonsprøvedata.

Veggtykkelsen for plastbelegget på prøven var 0,041 cm. Det maksimale innesluttende trykk som prøvestykket ble utsatt for under bestemmelsen var 7 00 kp/cm 2 og prøvens porøsitet var 19,6%. Resultatene av denne bestemmelse var akseptable for erfarne analytikere.

Eksempel III

U. niaksial kompress jonsbestemmelse

En siltstenprøve ble skåret ut fra en kjerne med full diameter erholdt fra et brønnborehull for bestemmelse av uniaksial kompressibilitet. Prøven ble skåret så nær som mulig til en rett sylinder. Diameteren av prøvestykket var 2,52 cm.

Prøvestykket ble fremstilt og undersøkt som beskrevet i eksempel I. Forsøksresultatene var akseptable for erfarne analytikere.

Veggtykkelsen av plastbelegget på prøven var 0,1 mm. Det maksimale innesluttende trykk som prøven ble utsatt for under bestemmelsen var 560 kp/cm 2 og prøvestykkets porøsitet var 9,16%.

Eksempel IV

Hydrostatisk kompressibilitetsbestemmelse

En sandstenprøve ble skåret ut fra en kjerne med full diameter, erholdt fra et brønnhull og anvendt for bestemmelse av hydrostatisk kompressibilitet. Prøvestykket ble skåret ut så nær som mulig til en rett sylinder.

Prøven ble renset for salt og hydrokarboner og tørket. Luft-permeabilitet og porøsitetsbestemmelse ble utført og de resulterende målinger viste at prøvestykket utviste en høy permeabilitet og en moderat porøsitet.

Prøvestykket ble deretter belagt med vaselin på

samme måte som i eksempel I. En plastkappe tilsvarende laget 38 (fig. 3) ble påført på bunnenden av denne høy-permeable prøve og denne kappe fikk herde ved rombetingelser. Kappen ble sandslepet ved kantene hvor den utstrakte seg utenfor prøvestykkets diameter.

Prøvestykket ble deretter belagt med plast og herdet som beskrevet i eksempel I og endestykkene ble saget av for å oppnå prøveender som var fri for plast. Veggtykkelsen av plastbelegget for prøvestykket var 0,2 mm. Prøvestykket ble deretter plassert i en gummimansjettkjerneholder og kompressibilitetsbestemmelsen ble utført på konvensjonell måte under et omsluttende trykk som maksimalt nåo dde 37 8 kp/cm 2.

De erholdte forsøksresultater var akseptable for erfarne<1 >analytikere. \

I hvert av de foregående eksempler ble det observert et meget; jevnt belegg på prøvestykkene med meget få hulrom eller i

andre defekter. Belegget var tilstrekkelig fleksibelt til å oppnå nøyaktige målinger og likevel tilstrekkelig stivt til å forhindre at enten belegget eller kjerneholdermansjetten trengte inn i porerommene på prøvestykkenes sylindriske overflate. Belegget utviste også god resistens mot de forskjellige rensninger og anvendte oppløsningsmidler under kjernens forbehandling og under bestemmelsene.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved belegning av en borekjerneprøve, karakterisert ved at man påfører et slippmiddel på den ytre overflate av borekjerneprøven, delvis fyller en form med en blanding av en herdbar epoksyharpiks og en herder for denne, innfører en ende av borekjerneprøven i den delvis fylte form, hvis dimensjoner er avpasset til å gi et belegg med en tykkelse i området 0,1-0,5 mm, påfører et trykk på inntil 3,5 kp/cm<2> på den motsatte ende av borekjerneprøven for langsomt å presse denne inn i formen inntil plastblandingen i denne dekker hele overflaten av prøven, herder plastmassen i en tid tilstrekkelig til å danne et stivt belegg på borekjerneprøven, fjerner den belagte borekjerneprøve fra formen, og avskjærer endene av borekjerneprøven for å fjerne belegget fra dens' ender.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en ende av borekjer-neprøven belegges med den herdbare plast og herdes før innføring i formen.

3. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-2, karakterisert ved at det som slippmiddel anvendes et petroleumdestillat, såsom vaselin.

4. Fremgangsmåte ifølge kravene 1-3, karakterisert ved at trykket som anvendes for å innføre prøvestykket i formen er minst 0,35 kp/cm<2>.