NO159731B - Vaeske, saerlig for opprettholdelse av et hoeyt trykk i en formasjon som gjennomtrenges av et borehull, og fremgangsmaate til fremstilling av vaesken. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en væske, særlig for opprettholdelse av et høyt trykk i en formasjon som gjennomtrenges av et borehull, og en fremgangsmåte til fremstilling av væsken. Væsken og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen med foretrukne utførelsesformer er angitt i kravene, og det vises til disse.

I mange brønner, f.eks. oljebrønner, gassbrønner etc, kan det være ønskelig å motvirke formasjonstrykket ved anvendelse av en hydrostatisk trykksøyle. Dette kan være nødvendig ved pressing av sandkonsolideringsblandinger, ved perforerings-operasjoner, ved brønnstengning, ved gruspakking eller lignende. Mange brønnbetjeningsvæsker, under tiden kalt fullførings-

eller pakkervæsker, er blitt anvendt. Disse innbefatter eksempelvis boreslam, saltvann, saltoppløsninger, vann, olje, ZnCl2-CaCl2-oppløsninger, CaClz-CaBr2-oppløsninger og lignende.

Boreslam er imidlertid ikke helt tilfredsstillende som brønnbetjeningsvæske, fordi faste stoffer i slammet ofte medvirker til å tilstoppe formasjonen. Skjønt oppløsninger av visse uorganiske salter gjerne er partikkelfrie, gjør andre vanskeligheter seg gjeldende ved deres anvendelse som brønn-bet jeningsvæsker . For eksempel er de fleste oppløsninger av uorganiske salter som vanligvis anvendes i brønner i området ved Gulf Coast i USA, lavdensitetsvæsker med høy krystallisa-sjonstemperatur (den temperatur ved hvilken faste stoffer først kommer til syne i oppløsningen etter oppvarmning eller kjøling). Eksempelvis har natriumkloridbaserte væsker vanligvis en densitet mellom 1,0 og 1,177 kg/l, oppløsninger av kalsiumklorid en densitet mellom 1,0 og 1,38 kg/l, oppløsninger av kalsiumklorid og sinkklorid en densitet mellom 1,38 og 1,68 kg/l og oppløsninger av CaCl2 og CaBr2 densiteter mellom 1,393 og 1,814 kg/l.

I de senere år har dypere høytrykksbrønner medført et

behov for brønnbetjeningsvæsker som har høyere densiteter enn de hittil tilgjengelige. Dette gjelder spesielt brønner i Mexico-gulfen (utenfor Louisiana). Her krever hydrostatiske trykk som er høyere enn de normale, ofte brønnbetjeningsvæsker med densiteter over 1,80 kg/l og krystallisasjonspunkter under 10° C.

Det ville derfor være ønskelig å utvikle en brønn-bet jeningsvæske med regulerbar densitet høyere enn 1,80 kg/l. Utfelling eller sedimentering av faste stoffer under lagring av væsken eller betjening av brønner med væsken bør unngås.

Da væsken ifølge oppfinnelsen først og fremst tilsiktes anvendt som brønnbetjeningsvæske, er denne betegnelse stort sett brukt nedenfor.

Tegningsfiguren viser grafisk relasjonen mellom mengdene av kalsiumbromid og sinkbromid og densiteten av brønnbetjenings-væsken.

Brønnbetjeningsvæsken ifølge foreliggende oppfinnelse består i det vesentlige av en vandig oppløsning av kalsiumbromid og sinkbromid. Innholdet av kalsiumbromid og sinkbromid i den vandige oppløsning, vil variere i avhengighet av den endelige densitet som ønskes.

Tegningsfiguren illustrerer hvordan densiteten av den vandige brønnbetjeningsvæske reguleres ved anvendelse av varierende mengder av kalsiumbromid og sinkbromid. Ved eksempelvis en densitet på ca. 2,294 kg/l inneholder brønn-bet jeningsvæsken ca. 57 vekt% sinkbromid (punkt Z) og ca. 20 vekt% kalsiumbromid (punkt C), idet resten er vann. De mengder av kalsiumbromid og sinkbromid som er påkrevet for oppnåelse av hvilken som helst annen ønsket densitet, kan bestemmes på lignende måte ved hjelp av fig. 1, eller ved enkle laboratorieforsøk.

I tillegg til kalsiumbromid og sinkbromid kan mindre mengder (mindre enn 1 vekt%) av andre vannoppløselige materialer eventuelt anvendes i den vandige brønnbetjeningsoppløsning. Slike materialer er eksempelvis korrosjonsinhibitorer, såsom trietanolamin, propargylalkohol, pyridin og dettes derivater og lignende; viskositetsregulerende reagenser, som f.eks. hydroksy-metylcellulose; pH-regulerende baser såsom sinkoksyd, kalsiumhydroksyd og lignende. Ved noen anvendelser kan det være ønskelig å blande kalsiumbromid-sinkbromid-oppløsningen med andre oppløsninger av uorganiske salter for justering av den endelige densitet av brønnbetjeningsvæsken. Uorganiske salter som er egnet til slik bruk, er spesielt natriumklorid, kalsiumklorid, kalsiumbromid og blandinger derav. Ifølge en ut førelsesform foretrekker man å blande en kalsiumbromid-sinkbromid-oppløsning som har en densitet på ca. 2,30 kg/l, med en vandig kalsiumklorid-kalsiumbromid-oppløsning som har en densitet på ca. 1,80 kg/l.

Ved utførelse av den foreliggende oppfinnelse vil densiteten av kalsiumbromid-sinkbromid-oppløsningen som skal anvendes i den aktuelle brønn, avhenge av slike hensyn som dybden av brønnen, trykket i brønnen, hvor betjeningsvæsken anvendes, og lignende. Når en brønnbetjeningsvæske med spesielt høy densitet er ønskelig eller påkrevet, vil en foretrukken væske ifølge foreliggende oppfinnelse kunne være hensiktsmessig. En slik foretrukken væske inneholder (i vektprosent) 13-26 %,

helst 19,9-26 %, kalsiumbromid og 46-65 %, helst 46-59,6 %, sinkbromid.

Fremgangsmåter til betjening av brønner som kan forbedres ved hjelp av prinsippene ifølge den foreliggende oppfinnelse,

er f.eks. perforeringsbehandlinger, konsolideringsbehandlinger, "møllkule"-behandling (lukking av brønnen) og lignende. Teknikker og utstyr som er vel kjent på området, kan anvendes for å innsprøyte, holde og returnere og på annen måte behandle den vandige oppløsning som anvendes ifølge oppfinnelsen. Eksempler på betjeningsteknikker hvor den vandige oppløsning

kan anvendes, er beskrevet i eksempelvis US-patent nr. 2 894 584; nr. 2 898 294 og nr. 3 126 950. Relevante opplysninger i disse patenter inkorporeres i foreliggende beskrivelse ved denne henvisning.

I henhold til oppfinnelsen omsettes hydrogenbromid med

sink eller sinkforbindelse under dannelse av sinkbromid i nærvær av vann og kalsiumbromid. Hvilket som helst sinkmateriale som reagerer med hydrogenbromid under dannelse av sinkbromid, kan anvendes. Egnede materialer innbefatter sinkmetall, sinkkarbonat, sinkhydroksyd og sinkoksyd. Det foretrukne sinkmateriale er sinkoksyd. Mens en vandig oppløsning av hydrogenbromid kan anvendes, foretrekker man å anvende hovedsakelig vannfritt hydrogenbromid for å minimere mengden av vann i systemet.

Reaksjonen utføres i alminnelighet ved en temperatur som

er tilstrekkelig til å hindre større tap av vann fra reaksjons-

blandingen. En temperatur mellom 50 og 150°C er blitt funnet tilfredsstillende. Det er også blitt funnet særlig fordelaktig å filtrere oppløsningen etter reaksjonen for å fjerne uønskede faste stoffer, dvs. uomsatte sinkforbindelser eller forurensninger i kalsiumbromidoppløsnlngen.

Den endelige vandige brønnbetjeningsvæskes pH bør fortrinnsvis være tilstrekkelig til å hindre utfelling av sink-holdige forbindelser og også tilstrekkelig til å hindre for sterk korrosjon i borehullet. En pH mellom 5 og 6 er blitt funnet å være tilfredsstillende og foretrekkes. Således kan det under tiden være ønskelig, når for meget hydrogenbromid er blitt anvendt ved fremstilling av væsken, å tilsette tilstrekkelige mengder av en egnet vannoppløselig base for opprettholdelse av det riktige pH-nivå. Foretrukne baser inneholder sink- og/eller kalsium-kationer og kan være slike forbindelser som sinkoksyd, kalsiumhydroksyd, kalsiumkarbonat og lignende.

Det spesielle vektforhold mellom kalsiumbromid og sinkbromid som kreves i henhold til den foretrukne fremstillingsmåte for oppnåelse av en ønsket densitet hos den endelige oppløsning,

kan finnes ved hjelp av fig. 1 (heltrukne linjer). Fortrinnsvis er vektforholdet mellom kalsiumbromid og sinkbromid fra 0,5:1 til 0,2:1 og densiteten 2157-2400 kg/m<3>.

Følgende eksempler vil ytterligere belyse oppfinnelsen.

Eksempel 1

En 189 1 reaktorbeholder ble tilført 122,6 kg av en

53,5 vekt% kalsiumbromidoppløsning og 35,4 kg sinkoksyd. Gassformig hydrogenbromid ble innført i reaktoren med en hastighet på ca. 0,681 kg pr. minutt inntil ca. 68,1 kg hydrogenbromid var blitt tilsatt. Ytterligere 35,4 kg sinkoksyd ble så tilsatt til reaktoren. Ytterligere hydrogenbromid ble tilført rekatoren inntil oppløsningens pH, målt etter fortynning i forholdet 1:10, falt fra 5,5 til 2. (På grunn av oppløsningens hygroskopiske natur kan pH-verdien best bestemmes etter fortynning med vann i forholdet 1:10, hvoretter pH måles i den fortynnede prøve ved hjelp av en standardisert pH-sonde). Deretter ble 11,34 1 vann og ca. 1,180 kg kalsiumhydroksyd tilsatt til reaktoren. Oppløsningen ble filtrert og analysert.

Oppløsningens densitet var 2,306 kg/l. Krystallisasjonspunktet (den temperatur hvor faste stoffer først viser seg etter oppvarmning eller kjøling av en oppløsning) var - 8,9°C, og en prøve viste etter fortynning i forholdet 1:10 en pH på 5,6. Oppløsningen inneholdt ca. 56,7 vekt% sinkbromid, ca. 19,7 vekt% kalsiumbromid og ca. 23,6 vekt% vann.

Eksempel 2

En 1,5 1 plastkjel ble forsynt med mekanisk røreverk, termometer, avluftsningsvasker og gasstilførselsåpninger. Reaktoren ble chargert med 715 ml 53,5 % kalsiumbromidoppløsning med en densitet på 1,705 g/cm<3> og 153,3 g sinkoskyd. Over en fem timers periode ble 310 g HBr tilsatt til oppløsningen. Oppløsningens endelige pH var 2,5. Etter tilsetning av ytterligere 2 g sinkoskyd til reaktoren ble oppløsningen filtrert. Oppløsningens endelige pH ble funnet å være 5,5. Densiteten var 1,946 kg/l. Krystallisasjonspunktet var 3,9°C. Oppløsningen inneholdt ca. 26,7 vekt% sinkbromid, ca. 38,5 vekt% kalsiumbromid og ca. 34,8 vekt% vann.

Eksempel 3

En reaktor av lignende art som den i eksempel 2 ble chargert med 500 ml av en 53,5 % kalsiumbromidoppløsning. Til denne ble det tilsatrt 235,9 g ZnO. Vannfri HBr ble langsomt tilsatt til reaktoren. Etter at 400 g HBr var tilsatt til reaktoren, ble ytterligere 235,9 g ZnO tilsatt. HBr ble igjen tilsatt, slik at den samlede masse av HBr tilsatt til reaktoren var 990 g. Oppløsningens pH på dette tidspunkt var 2,0. Deretter ble 8,5 g ZnO tilsatt for justering av pH, og oppløsningen ble filtrert. Oppløsningens endelige pH var 5,5. Densiteten var 2,414 kg/l. Krystallisasjonspunktet var under 10°C. Oppløsningen inneholdt ca. 59,6 vekt% sinkbromid,

19,9 vekt% kalsiumbromid og ca. 20,5 vekt% vann.

En rekke oppløsninger fremstilles i henhold til den fremgangsmåte som er beskrevet i eksempler 1-3. Mengden av kalsiumbromid og sinkbromid varieres slik at en densitet mellom 1,802 og 2,282 kg/l oppnås. Relasjonen mellom mengden av kalsiumbromid, sinkbromid og densiteten er illustrert grafisk på figuren (heltrukne linjer).

En annen rekke av oppløsninger ble fremstilt ved blanding av 80 vekt% sinkbromidoppløsning med en densitet på 2,582 kg/ l med en kalsiumbromidoppløsning med en densitet på 1,706 kg/l. Mengden av hver av de anvendte oppløsninger ble variert slik at det ble oppnådd en densitet mellom 1,802 og 2,282 kg/l. Relasjonen mellom mengden av kalsiumbromid, sinkbromid og densiteten er illustrert grafisk på figuren {strekprikkede linjer).

Av de resultater som fremgår av figuren, er det klart at

en brønnbetjeningsvæske inneholdende kalsiumbromid og sinkbromid, med en densitet mellom 1,80 og 2,40 kg/l kan fremstilles. Når en slik væske fremstilles ifølge oppfinnelsen, blir den mengde sink som foreligger i væsken ved en på forhånd bestemt densitet, uventet nedsatt.

Claims (9)

1. Væske, særlig for opprettholdelse av et høyt trykk i en formasjon som gjennomtrenges av et borehull, karakterisert ved at den er fremstilt ved omsetning ved en temperatur på 50-150°C av tilstrekkelige mengder av hydrogenbromid og sink eller en sinkforbindelse i nærvær av vann og kalsiumbromid til å danne nevnte væske med et innhold av kalsiumbromid og sinkbromid i et forhold fra 1,6:1 til 0,2:1, og med en densitet mellom 1797 og 2400 kg/m<3>, eventuelt med en påfølgende tilblanding av en oppløsning av ett eller flere uorganiske salter valgt fra gruppen bestående av natriumklorid, kalsiumklorid, kalsiumbromid og blandinger derav.

2. Væske ifølge krav 1, karakterisert ved at den er fremstilt ved tilsetning av et overskudd av hydrogenbromid og tilsetning av tilstrekkelige mengder av en base inneholdende sink- eller kalsiumkationer til å opprettholde en pH fra 5 til 6.

3. Væske ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den har et krystallisa-sjonspunkt lavere enn 10°C.

4. Væske ifølge krav 1, karakterisert ved at forholdet mellom kalsiumbromid og sinkbromid er fra 0,5:1 til 0,2:1, og densiteten er mellom 2 157 kg/m<3> og 2 400 kg/m3 .

5. Væske ifølge ett eller flere av de foregående krav, karakterisert ved at den vandige væske inneholder 13-26 vektprosent kalsiumbromid og 46-65 vektprosent sinkbromid.

6. Væske ifølge krav 5, karakterisert ved at kalsiumbromidet er til stede i en mengde på 19,9-26 vektprosent og sinkbromidet er til stede i en mengde på 46-59,6 vektprosent.

7. Fremgangsmåte til fremstilling av væsken ifølge krav 1, karakterisert ved at det ved en temperatur på 50-150°C omsettes tilstrekkelige mengder av hydrogenbromid og sink eller en sinkforbindelse i nærvær av vann og kalsiumbromid til å danne den vandige væske inneholdende kalsiumbromid og sinkbromid i et forhold fra 1,6:1 til 0,2:1 og med en densitet mellom 1797 og 2400 kg/m<3>, hvoretter væsken eventuelt blandes med en oppløsning av ett eller flere uorganiske salter valgt fra gruppen bestående av natriumklorid, kalsiumklorid, kalsiumbromid og blandinger derav.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at det som sinkforbindelse anvendes sinkkarbonat, sinkhydroksyd eller sinkoksyd.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at det som hydrogenbromid anvendes et hovedsakelig vannfritt hydrogenbromid.