NO162674B - Skjaerfortykningspreparat med polyakrylsyre. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et skjærfortykningspreparat bestående av en vann-i-olje-emulsjon.

Under boring og produksjon av brønner som olje-, gass- eller vannbrønner, opptrer enkelte ganger forskjellige problemer som, hvis de ikke korrigeres, resulterer i tap av en betydelig brønnproduksjon og sågar i tap av brønnen selv. Disse problemer inkluderer utblåsninger, tapt sirkulasjon og kanaldannelse.

Overflateutblåsninger inntrer når borskjæret kommer inn i en høytrykkssone med gass, olje eller vann som kan blåse ut boreslammet og sågar enkelte ganger borestrengen, skjæret og overflateutstyret, med derav resulterende tap og ødeleggelse.

Underjordiske utblåsninger inntrer når et fluid i en porøs formasjon flyter inn i borehullet og derefter ut av dette inn i en annen porøs formasjon.

Tapt sirkulasjon av boreslam inntrer når borkronen skjærer gjennom en porøs formasjon ved et trykk slik at boreslam som kommer med borestrengen strømmer inn i den porøse struktur i stedet for å tvinges tilbake opp til overflaten mellom borestrengen og brønnforingen.

Kanaldannelse inntrer når et fluid i en porøs formasjon strømmer gjennom kontinuerlige passasjer i sementen bak brønnforingen inn i en annen porøs formasjon i en anne dybde i brønnen.

Et antall metoder og preparater har vært benyttet for å løse disse problemer, men ingen av dem har vært helt vellykket. Et forsøk på å stoppe utblåsninger er å fylle opp brønnen med en oppslemming av barytt under trykk og under betingelser slik at barytten er i stand til å avsette seg enhetlig på bunnen av brønnen og der danne en hard plugg som så kan følges opp med en sementoppslemming for å gjøre pluggen mer eller mindre permanent. Forskjellige metoder har vært benyttet for å stoppe tapt sirkulasjon, inkludert baryttoppslemminger sammen med fibrøse, klumpete eller flakaktige materialer som man håpet til slutt ville danne en filterkake, og derefter en matte over den porøse formasjon og således plugge denne igjen. En annen metode som har vært benyttet, er å anvende det som er kjent som "gunk" som er en oppslemming av tørr pulverformig bentonitt i dieselolje. Når dette materialet blandes med den riktige mengde vann, vil bentonitten hydratisere og gi en stiv pasta. Hvis den dannes på riktig tidspunkt og på riktig sted, virker dette noen ganger som et effektivt middel for brønnplugging og mot tapt sirkulasjon. Denne type materiale og fremgangsmåten for dets anvendelse, er beskrevet i for eksempel US-PS 3 082 823. Imidlertid er det mange problemer i forbindelse med bruken av denne "gunk". et slikt problem er at oppslemmingen må holdes tørr inntil den når den ønskede formasjon i brønnhullet for blanding med den riktige mengde vann for å danne en pasta og ikke en emulsjon eller en oppslemming av hydratisert bentonitt.

US-PS 3 448 800 beskriver en pluggmetode for gjenopprettelse av tapt sirkulasjon i et hull der en suspensjon eller oppslemming av en partikkelformig og vannoppløselig polymer i et ikke-vandig medium injiseres i brønnen. US-PS 2 836 555 beskriver et brønnpluggingspreparat for gjenopprettelse av tapt sirkulasjon i brønner omfattende komprimerte og dehydratiserte pellets av bentonitt innkapslet i et fast, vannoppløselig polymerbelegg som har et lite hull boret gjennom overflaten. US-PS 2.890.169 beskriver et annet fluid for brønnkontroll og mot tapt sirkulasjon, og som består i å tildanne en oppslemming av en organofil bentonitt og sement i olje. Denne oppslemmingen blandes med et overflateaktivt middel og vann for å oppnå et preparat som omfatter en vann-i-ol je-emulsjon med organofil bentonitt og sement dispergert i den kontinuerlige oljefase. Mr dette preparat pumpes ned i brønnhullet vil oljen ekspandere og flokkulere bentonitten som, under de riktige betingelser, danner en filterkake på borehulloverflaten i det porøse området.

Det er kjent for fagmannen at hvis man kan blande en hydrofil eller vannekspanderbar leire som bentonitt, med den riktige mengde vann i nærvær av en vannoppløselig polymer som flokkulerer og får leiren til å stivne, kan man lage en meget sterkere og stivere pasta enn det som oppnås når bentonitten kunne blandes med vann. Således beskriver US-PS 3 909 421 et meget viskøst fluid som kan benyttes i sekundære oljeutvin-ningsprosesser. Dette fluid lages ved fysikalsk å blande et tørt pulverformig polyakrylamid med bentonitt, fulgt av blanding av pulverblandingen med vann. US-PS 4 128 598 krever et fortykningspreparat av pulverisert bentonitt og polyakrylamid som fremstilles ved å blande en vann-i-olje-emulsjon med bentonitt for å oppnå et fuktig frittflytende, pulverformig preparat som hurtig danner et viskøst, stivt materiale ved blanding med vann.

Selv om mange forsøk har vært gjort på å bruke bentonitt-vann-systemer med eller uten en vannoppløselig polymer som flokkulerer og får bentonitten til å stivne, har et av hovedproblemene vært å holde bentonitten borte fra vann Inntil den når den ønskede delen av borehullet, vanligvis ved bunnen. Et annet problem har vært å sikre seg at bentonitten blander seg med den riktige mengde vann for hurtig å danne en stiv pasta eller sement på problemstedet i brønnen.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelse et skjærfortykningspreparat bestående av en vann-i-oljeemulsjon med partikler av granulær, hydratiserbar og hydrofil leire, dispergert 1 den kontinuerlige oljefase, og preparatet karakteriseres ved at oljefasen består av en hydrokarbonvæske med et deri oppløst overflateaktivt aminderivat, og der den dlspergerte vandige fase består av en vandig oppløsning både av en polyakrylsyre og et polyakrylamid, i det pH-verdien i den vandige fase ikke er større enn 4,5 og videre ved at preparatet på vektbasis inneholder ca. 100 deler leire, fra ca. 25 til 400 deler vann, fra ca. 0,1 til 10 deler polyakrylamid, fra ca. 25 til 130 deler olje, fra ca. 1 til 30 deler overf lateaktivt middel og fra ca. 0,1 til 10 deler polyakrylisyre.

Kombinasjonen av overflateaktivt aminderivat i den oljeaktige fase ' og polyakrylamidpolymeren og polyakrylsyren i den dispergerte vandige fase, resulterer i en uventet dannelse av et belegg eller en membranfilm rundt hver dråpe av dispergert vandig fase. Hvis imidlertid pH-verdien i den vandige fase er over ca. 4,5, vil belegget eller membranet ikke dannes. Således er et viktig trekk ved oppfinnelsen at pH-verdien i den dispergerte vandige fase ikke er større enn ca. 4,5. Det er foretrukket at pH-verdien for den vandige fase er mellom ca. 2,5 til 4,5.

Dette skjærfortykningspreparat kan brukes som brønnkontroll-fluid for jorddammer, for å utfore bunn og sider av søppel-fyllsteder mot utlekking, som en leiresement og så videre. Fortrinnsvis vil det overflateaktive middel være et overflateaktivt polyaminderivat og leiren være bentonitt. Disse preparater kan benyttes som brønnkontrollfluider i brønner med dybder ut over 2400 meter så vel som i grunnere brønner.

Den vedlagte figur er et diagram som viser hvordan nærværet av polyakrylsyre i den vandige fase øker den lave skjærfor-tyknlngstiden' for skjærf ortykningspreparatet ifølge oppfinnelsen.

Med<1> skjærfort<y>kn<i>ngspreparat menes at pålegnlng av skjærkraft på preparatet ifø'l.ge oppfinnelsen, vil resultere i dannelse av en klebrig gummilignende pasta eller et fast stoff hvis styrke og integritet er en funksjon av intensiteten og varigheten av skjærkreftene som legges på, så vel som den spesielle formulering som benyttes. Jo større skjærgraden er, jo hurtigere dannes pastaen og jo sterkere vil den være. Når leiren blandes eller dispergeres i emulsjonen, starter den langsomt å adsorbere vann. Hvis man således blander eller dispergerer leiren I emulsjonen, meget mildt og ved bruk av relativt lave skjærkrefter, og derefter tillater det således dannede preparat ifølge oppfinnelsen å forbli uforstyrret, vil leiren avsette seg på bunnen, langsomt adsorbere vann og til slutt stivne. Hvis tilstrekkelig tid har gått med og den avsatte leire begynner å stive, vil skjærkreftene som er nødvendig for å redispergere leiren hurtig danne en pasta. Således er det foretrukket å bruke preparatet ifølge oppfinnelsen så snart som mulig efter fremstillingstiden.

Man kan således forstå at uttrykket "skjærfortykning" er et uttrykk i denne teknikk som det er vanskelig å kvantifisere med nøyaktighet. Hvis man har til hensikt å benytte preparatet ifølge oppfinnelsen for brønnkonstruksjon, kan man bruke lavskjærkraftinnretninger, slik som de som vanligvis benyttes for å blande sement ved en brønn (for eksempel for sementering bak brønnforingen), for å danne skjærfortykningspreparater ifølge oppfinnelsen. Som en illustrasjon omfatter slike innretninger Halliburton-bånd- eller -turbinblandere og sementblandere. Efter at skjærfortykningspreparatet er dannet, vil det pumpes ned røret i en mengde generelt innen området ca. 16 til 1600 l/min., der preparatet vil underkastes relativt lave skjærgrader som generelt ligger innen området ca. 1 til ca. 1000 sek-<*>. Selv under disse betingelser stiger viskositeten i preparatet langsom efter hvert som leiren adsorberer vann og langsomt hydratiseres. Selv om imidlertid en viss forhydratisering er ønskelig vil, hvis man benytter seg av fortykningspreparater som ikke inneholder polyakrylsyre, med alle andre ting like, dette resultere i at det dannes en sterkere pasta ved de efterfølgende høyskjær-påvirkningsgrader når preparatet tvinges gjennom hullene i borskjæret, og det er uventet funnet at denne forhydrati-serings-lavskjærfortykningstid ikke er nødvendig for å danne sterke pastaer ved bruk av polyakrylsyreholdige preparater ifølge oppfinnelsen.

Med emulsjon-leire-dispersjonene ifølge den kjente teknikk, har det vært vanskelig å pumpe materiale eller masse mer enn ca. 2500 til ca. 3000 meter ned borestrengen, uten at preparatet begynte å stivne og avsette seg for tidlig inne i røret, og allikevel ha tilstrekkelig pastastyrke efter høy skjærpåvirkning. Preparatene Ifølge oppfinnelsen unngår dette problem. Når preparatene ifølge oppfinnelsen til slutt pumpes gjennom hullene eller dysene i borskjæret, underkastes de høyskjærpåvirkninger som generelt ligger innen området ca. 2000 til ca. 1 000 000 sek-<1>, fortrinnsvis 10 000 til

1 000 000 sek-<1>, noe som øyeblikkelig danner en klebrig

gummillgnende pasta. Skjærstyrken for denne pasta, målt ved den laboratoriemetode som er angitt i de følgende to avsnitt, vil være over ca. 453 kg/9,29 m<2> og fortrinnsvis 906 kg/9,29 m2 , og aller helst over 1359 kg/9,29 m2 .

Skjærstyrken for pastaen som dannes fra skjærfortykningsfluidet eller preparatet uttrykkes i 0,453 kg/9,29 m<2> i stedet for 0,45 kg/0,0929 m2 , fordi 9,29 m<2> grovt tilsvarer det indre areal av en 27 meter lang streng av borerøret med en indre diameter på ca. 10 cm.

I laboratoriet kan denne skjærstyrke bestemmes ved å tildanne mellom 400 og 500 g av skjærfortykningspreparatet og derefter anbringe dette i en lavskjærblandecelle for bedømmelse. Denne blandecelle er et med kappe utstyrt glassbeger med en indre dybde på ca. 9 cm, og en indre bredde på ca. 6,35 cm. Begeret er utstyrt med et pleksiglasslokk gjennom hvilket det er boret et hull for å ta opp akslingen på en eggvisp-impeller. Eggvisp-impelleren har en diameter på ca. 3,8 cm og er ca. 5,7 cm lang, og er anbragt i begerglasset slik at den akkurat går klar av bunnen. Tilstrekkelig preparat anbringes i begeret til at toppen av impelleren akkurat dekkes. Varmt vann sirkuleres gjennom kappen for å holde innholdet ved en temperatur av ca. 49°C. Efter at skjærfortykningspreparatet er anbragt i den varme celle dreies eggvisp-impelleren ved en hastighet på 500 omdr./min. inntil preparatet begynner å bli en gel. Det punkt der fluidet brått fortykkes, angis som lavskjærfortykningstiden. Dette punktet er reproduserbart og impeller-akslingen krever på dette tidspunkt en brå økning av tilført energi på 90 mV for å opprettholde de 500 omdr./min. I de fleste tilfeller er lavskjærfortykningspunktet ledsaget av en synlig forandring av det fysiske utseendet av dispersjonen.

Efter at preparatet begynner å danne en gel, anbringes det i en høyskjærprøvesylinder som inneholder et flytende stempel. Sylinderen har en 0,63 cm kuleventilåpning i den ene ende, den andre ende er satt under trykk ved hjelp av nitrogen av 105 kg/cm2 . Når så prøven er anbragt i høyskjærstempel-cellen, blir det flytende stempel anbragt bak prøven, cellen forseglet og satt under trykk ved hjelp av nitrogen av ca 105 kg/cm<2> bak stemplet. Efter at kammeret er satt under trykk, åpnes kuleventilen og prøven tvinges gjennom åpningen på 0,63 cm i et tidsrom betydelig mindre enn 1 sekund hvorved det så å si øyeblikkelig dannes en stiv pasta.

Skjærstyrken for den således dannede pasta måles ved å notere den lengde som en hul aluminiumssylinder med lengde 9 cm og bredde 3,5 cm, og med en veggtykkelse på 0,025 cm, synker ned i pastaene under belastning med forskjellige vekter efter 20 sekunder. Skjærstyrken beregnes derefter fra følgende uttrykk:

Som angitt ovenfor, er leirer som kan brukes i preparater ifølge oppfinnelsen hydrofile, vannsvellbare leirer. Dette' inkluderer de leirer som er velkjente for fagmannen som brukbare i brønnborings- og brønnkontrolloperasjoner. Spesielt foretrukne er montmorillonitt- og bentonittleirer. Typer av disse leirer inkluderer beidellitt, nontronitt, hektoritt og saponitt. Av praktiske grunner kan omkostnings-hensyn bestemme at leirene som benyttes ifølge oppfinnelsen vil være natriummontmorillonitt- eller -bentonittleirer. En kommersielt tilgjengelig leire som er funnet å være brukbar ifølge oppfinnelsen er "Volclays". Disse leirer består av 90$ montmorillonitt med ca. 70-75$ av montmorillonitten i natriumform. Granulærleire er foretrukket fremfor pulverformig leire. Det er funnet at Jo større leirepartiklene er som brukes i skjærfortykningspreparatene som brukes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, jo lenger vil lavskjærfortykningstiden være, og jo mere leire kan benyttes ved en gitt viskositet. I brønnkontrollprosesser vil den øvre grense for leirepartikkelstørrelsen være begrenset til den som kan gå gjennom hullene i borkronen. For de fleste anvendelser vil det være foretrukket å benytte granulær leire med en partikkelstørrelse innen området ca. 10-200 Tyler mesh og fortrinnsvis 40-200 Tyler mesh, selv om 10 til 60 Tyler mesh leire også med hell har vært benyttet ved gjennomføring av oppfinnelsens fremgangsmåte. Hvis oppfinnelsen skal benyttes for brønnkontrollformål, bør granulærleire benyttes og fortrinnsvis granulærleire der de finfordelte stoffer er fjernet. Hydrofobe leirer som de som fremstilles ved omsetning av bentonitt med en eller flere langkjedede hydrokarbon-kvaternære ammoniumforbindelser, er ikke inkludert innenfor oppfinnelsens ramme.

Den kontinuerlige oljeaktige fase av emulsjonen vil være en væske som er ublandbar med vann, og med den indre vandige fase av emulsjonen. Generelt vil dette omfatte en hvilken som helst olje eller hydrokarbonvæske, karakteristisk mineralolje. Illustrerende men Ikke begrensende eksempler på oljeaktige væsker som har vært prøvet og funnet å virke som oljeaktig fase inkluderer paraflniske hydrokarboner slik som kommersielt tilgjengelig "Low Order Paraffin Solvent" (LOPS), "Norpan 13" og "Solvent 100 Neutral" (S-100N), så vel som oppløsningsmidler med et betydelig aromatisk innhold som "Mentor 28" og "Mentor 32". Videre vil kerosen- og dieselbrennstoff også virke, men ikke så godt som de andre. Dette vil si at anvendelsen av kerosen- og dieselbrennstoff vil resultere i en reduksjon av lavskjærfortykningstiden og pumpbarheten for skjærfortykningsfluidet, og resultere i en svakere pasta. Videre skal det igjen fremheves at den nøyaktige art av oljen ikke er vesentlig så lenge den ikke er blandbar med den vandige, indre fase av emulsjonen, og ikke reagerer med leiren eller noen av de andre bestanddeler i preparatet.

Den kontinuerlige, oljeaktige, vannublandbare fase i emulsjonen må inneholde ett eller flere oljeoppløselige aminderivater og fortrinnsvis polyaminderivater av overflateaktiv type, er med å danne og å stabilisere emulsjonen. Overflateaktive midler som er funnet å være spesielt brukbare i disse preparater er alkylenpolyaminderlvater av poly-alkenylravsyreanhydrider. Disse stoffer er kjente for fagmannen og for eksempel beskrevet i US-PS 3 172 892. Også brukbare er borerte og karboksylerte derivater av disse stoffer, slik som de som er beskrevet i US-PS 3 173 540 og GB-PS 1 018 982.

Polyalkenylravsyreanhydridene som kan brukes ved fremstilling av disse overflateaktive stoffer, vil generelt omfatte de der polyalkenylgruppen har en Mn, tallmidlere molekylvekt på ca. 700 til 5000 og fortrinnsvis 900 til 2000. Metodene for fremstilling av velkjent i denne teknikk, det vil si omsetning av maleinsyreanhydrid med enten polyolefinet selv eller med et klorert polyolefin, noe som i begge tilfeller blir det ønskede polyalkenylravsyréanhydrid. Polyisobutylen er foretrukket, men andre polymerer av C3-eller C^olefiner, slik som polybuten-1 og polypropylen er egnet, inkludert blandinger av slike polyolefiner. Poly-Isobutylenravsyreanhydrid er heri kalt PIBSA.

Foretrukne alkylenpolyaminer er velkjente og representeres ved formelen NH2(CH2 )n(NH2(CH2 )n)mNH2 der n er 2 til 3 og m er 0 til 10. Illustrerende er etylendiamin, dietylentriamin, trietylentetraamin, tetraetylenpentamin, pentaetylenheksamin og lignende.

Som nevnt ovenfor, må den vandige fase av emulsjonen omfatte en vandig oppløsning av både en polyakrylamidpolymer og en polyakrylsyre. Både anionisk og partielt hydrolyserte polyakrylamid og ikke-ionisk eller ikke-hydrolysert polyakrylamid vil virke ifølge oppfinnelsen, men ikke-ionisk polyakrylamid er foretrukket. Et vidt spektrum av kommersielt tilgjengelige polyakrylsyrer med molekylvekter fra ca. 30 000 til 4 000 000 er funnet å være virksomme ifølge oppfinnelsen. Illustrerende, men Ikke begrensende eksempler er "Acrysol" A—1, A3 og A-5 kommersielt tilgjengelig samt "Polysciences, Inc.'s" nr. 3326, 3312 og 6501 og "Colloids Inc." nr. X-0067-66A, X-0098-NK-99A og X-0102-NK-25.

Polyakrylamider med molekylvekter fra 100 000 til 6 000 000 har medi hell vært benyttet i skjærfortykningspreparater ifølge oppfinnelsen. Det er funnet at høyere-molekylvekt-polyakrylamider gir en mere gummiaktig og elastomer karakter til pastaene som dannes ved å underkaste blandingene relativt høy skjærkraftpåvirkning. Det vil si at jo høyere molekylvekten en for det vannoppløselige polyakrylamid som benyttes i blandingene, jo større vil både skjærstyrken og integri-teten for den således dannede pasta være, selv i nærvær av flytende fluider som gass, olje, saltoppløsninger eller vann. Jo høyere imidlertid molekylvekten for polyakrylamidet som benyttes er, jo høyere vil viskositeten for den resulterende oppløsning være. På den annen side gir lavere-molekylvekt-polyakrylamider lavere viskositeter, men krever bruker av mer polyakrylsyre.

De eksakte mengder av de forskjellige komponenter av skjærfortykningspreparatene som kan brukes ifølge oppfinnelsen vil variere noe, avhengig av arten og molekylvekten for det overflateaktive aminderivat, polyakrylamidet, polyakrylsyren og oljetypen. Den følgende tabell som er basert på 100 vektdeler 10-60 Tyler mesh gramilær KWK-leire, illustrerer de generelle og foretrukne områder for de forskjellige bestanddeler i forhold til hverandre i skjærfortykningsblandingene ifølge oppfinnelsen.

Et antall forskjellige metoder kan benyttes for å fremstille blandingene som kan brukes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, idet den eksakte metode bestemmes av det som er hensiktsmessig for brukeren. Således kan man lage en dispersjon av leire i olje som inneholder overflateaktivt middel. Efter at denne dispersjon er dannet, kan en vandig oppløsning av polyakrylamid og polyakrylsyre tilsettes til den oljeaktige dispersjon for å danne en vann-i-olje-emulsjon hvori den vandige oppløsning emulgeres i den leireholdige kontinuerlige oljeaktige fase. I denne metode kan man blande oljen, overflateaktivt middel og leire i en hvilken som helst rekkefølge uten å påvirke ydelsen for blandingene før den vandige oppløsning emulgeres i den oljeaktige fase. Alter-nativt kan man lage vann-i-olje-emulsjonen der den vandige fase emulgeres i oljen som inneholder overflateaktivt middel. Efter at emulsjonen er dannet, vil leiren dispergeres i den kontinuerlige oljeaktige fase.

Emulsjonene ifølge oppfinnelsen er ikke stabile i den forstand at belegget eller filmen rundt hver dråpe av dispergerte vandige faser langsomt forsvinner efter hvert som tiden går. Efter hvert som denne film forsvinner eller oppløses i emulsjonen synker lavskjærfortyknings-tids-økningen. Både omrøring og forhøyet temperatur akselererer denne aldringsprosess. Som et eksempel resulterte en laboratorieprøve som ble beveget i en 150 ml beholder i 5 dager ved 48° C i et totalt tap av lavskjærfortyknings-tidsøkning. Undersøkelse av emulsjonen i et mikroskop efter de fem dager vist at det ikke var tilbake polymerfilm på overflaten av de dispergerte mikrodråper av vandig fase. Et annet unikt trekk ved emulsjonen ifølge oppfinnelsen er at størrelsen av mikrodråpene av dispergert, vandig fase er større, det vil si 10-500 pm, enn de av tilsvarende emulsjoner uten polyakrylsyre 1 den vandige fase, 10 til 100 pm. Emulsjoner ifølge oppfinnelsen er fremstilt med dispergerte dråper så store som 5000 pm og virker tilfredsstillende i skjærfortykningsblandingene ifølge oppfinnelsen. Det er foretrukket at den midlere dråpestørrelse er større enn 100 pm. Laboratorieprøver har vist at jo større dråpestørrelsen for den dispergerte, vandige fase er, jo større vil pastaens styrke være. Dette er i markert kontrast til den samme type skjærfortykningsblandinger som ikke inneholder polyakrylsyre, der de mindre dråpestørrelser er foretrukket.

Hvis ønskelig kan den vandige fase av blandingene ifølge oppfinnelsen også Inneholde en eller flere lavmolekylvekt-alkoholer eller glykoler som antifrysemidler for å forhindre at den vandige fase i emulsjonen fryser ved lave tempera-turer. Dette kan være spesielt ønskelig hvis man har til hensikt å benytte blandingene ifølge oppfinnelsen i kaldt vær. Et hvilket som helt av de generelt benyttede antifrysemidler kan benyttes i den vandige fase i blandingen, for eksempel metanol, isopropanol, etylenglykol eller propylen-glykol og så videre. Når et antifrysemiddel benyttes i den vandige fase i denne emulsjon, vil den generelt benyttes i en mengde som generelt ligger fra ca. 10 til 35 vekt-$ derav.

I et typisk brønnpluggingspreparat ble 52,5 kg "P-250"-polyakrylamid oppløst i ca. 2540 kg ferskvann ved bruk av en turbinblander, slik som en Halliburton MX 5000B-turbinsats-blander utstyrt med to 7950 1 blandetanker. Derefter ble 131,5 kg "Acrysol A-3" oppløst i ca. 2540 liter ferskvann i en blandetank på en Halliburton HT 4 00-pumpetruck, og derefter tilsatt til polyakrylamidoppløsningen i turbinblanderen. "Acrysol A-3" er en vandig oppløsning inneholdende 25 vekt-# polyakrylsyre. I den andre 7950 1-tanken i turbinblanderen, ble litt mer enn ca. 208 kg av et overflateaktivt PIBSA-polyaminderivat oppløst i ca. 1860 kg olje som "Norpar 13". Eter at det overflateaktive middel var oppløst i oljen, ble en oljeekstern emulsjon eller vann-i-olje-emulsjon dannet ved langsom tilsetning av den vandige polymeroppløs-ning til oljen under blanding med en marin propeller eller lignende. Tilsetningshastigheten for polymervannet til oljen skal ikke være større enn ca. 159 liter pr. minutt. Efter at all polymeroppløsning er tilsatt til og emulgert i oljen, vil den resulterende emulsjon sirkuleres flere ganger gjennom en triplekspumpe for å sikre total emulgering.

Umiddelbart før bruk i brønnen, vil ca. 1280 kg av emulsjonen som fremstilt ovenfor settes til side som front- og bak-avstandsholdere for skjærfortykningsfluidet og sirkuleres flere ganger gjennom en triplekspumpe for å øke viskositeten som bør være større enn viskositeten for boreslammet. Resten av emulsjonen anbringes i enten en Halliburton-båndblander eller en Hal1iburton-turbinblander. I blanderen blir 1950 kg "MX-80 Volclay" med partikkelstørrelse 40-200 Tyler mesh, dispergert i den kontinuerlige oljeaktige fase av emulsjonen. Mens leiren dispergeres i den kontinuerlige oljeaktige fase av emulsjonen, blir ca. 3180 1 skyllevann pumpet inn i borerøret i brønnhullet der borerøret inneholder sirkulerende boreslam. Denne forskylling følges av ca. 480 1 av emulsjonsavstandsholder og derefter av ca. 7314 1 skjærfortykningsfluid som er tildannet i Halliburton-båndblanderen. Skjærfortykningsf luidet pumpes inn i borerøret i en mengde av ca. 160 1 pr. minutt ved bruk av en Halliburton-pumpetruck med en triplekspumpe. Skjærfortykningsfluidet følges av 800 1 emulsjon og 3180 1 vann som avstandsholdere. Boreslam benyttes derefter for å forskyve eller dytte skjærfortyk-nlngsfluidet gjennom borerøret til den sone som skal plugges 1 hullet. Boreslammet pumpes Inn 1 borestrengen 1 en mengde av ca. 480 1 pr. minutt. Når skjærfortykningsf luidet når borkronen, vil boreslammet pumpes inn i borestrengen i en mengde av ca. 960 1 pr. minutt, slik at skjærfortykningsfluidet skjærkraftpåvirkes gjennom borkronedysene i en mengde av ca. 960 11 pr. minutt.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av de nedenfor følgende eksempler.

Eksempel 1

Dette eksempel viser lavskjærfortyknings-tidsforbedringen av blandingen ifølge oppfinnelsen under anvendelse av polyakrylsyre i den dispergerte vandige fase, sammenlignet med den samme blanding uten polyakrylsyre i den vandige fase, idet resultatene er vist i figuren.

I dette forsøk blir 8 g av et overflateaktivt PIBSA-polyaminderivat blandet med 72 g "Solvent 100 Neutral"-olje for å danne den oljeaktige fase. Efter dette blir 120 g KWK-leire av 20-40 Tyler mesh tilsatt til oljen inneholdende overflateaktivt middel under omrøring med en spatel inntil all leire var grundig belagt med olje. Denne blanding av leire dispergert i oljen inneholdende overflateaktivt middel, ble tillatt å stå under leilighetsvis omrøring i minst 5 minutter før den vandige fase ble tilsatt for å gi det overflateaktive middel tilstrekkelig tid til å belegg leireoveflaten.

Det overflateaktive PIBSA-polyaminderivat var et borert derivat av reaksjonsproduktet av polyisobutenylravsyreanhydrid og et alkylenpolyamin, "Dow E-100", som ble fremstilt ved kondensering av 2,1 mol polyisobutenylravsyreanhydrid med et forsåpningstall på 112 og en tallmidlere molekylvekt, Mn, på ca. 900, oppløst i en nøytral mineralolje, for å gl en 50 vekt-#-ig oppløsning, med 1 mol av nevnte alkylenpolyamin. Prosedyren som ble benyttet for å fremstille dette overflateaktive middel ar den samme prosedyre som ble benyttet i eksempel 2 i US-PS 4 173 540.

Ved fremstilling av skjærfortykningsblandingen ifølge oppfinnelsen ble 200 g av en vandig oppløsning omfattende 1 vekt-# kommersiell "P-250"-polyakrylamid sammen med 2 vekt-$ "Acrysol A-3" langsomt helt inn i en leireholdige oljefase, og omrørt med en spatel ved 100-200 omdr./min. for å dispergere og å emulgere den vandige fase i den leireholdige oljefase for derved å danne skjærfortykningsblandingen ifølge oppfinnelsen. "Acrysol A-3" er en 25 vekt-#-ig vandig oppløsning av polyakrylsyre som har en molekylvekt på under 150 000. En annen prøve på skjærfortykningsblanding ble fremstilt ved å benytte de samme bestanddeler og den samme fremgangsmåte, bortsett fra at den vandige fase ikke inneholder polyakrylsyre.

Hvert eksempel på skjærfortykningsblanding ble derefter anbragt i en lavskjærblandecelle for bedømmelse av lavskjærfortykningstiden, ved bruk av den tidligere beskrevne laboratorieprosedyre.

Som tidligere angitt er resultatene fra dette forsøk angitt i den ledsagende figur, og der vises klart den oppnådde forbedring av lavskjærfortykningstiden ved bruk av oppfinnelsen.

Eksempel 2

Dette forsøk viser virkningen av polyakrylsyrekonsentrasjonen i den vandige fase av blandingen, og dennes forhold til både lavskjærfortykningstiden og styrken for denne pasta som dannes fra skjærfortykningsblandingen.

I dette forsøk ble skjærfortykningsblandingen ifølge oppfinnelsen fremstilt ved å oppløse 8 g overflateaktiv borert PIBSA-polyamlnderivat som nevnt i eksempel 1 i 72 g "Solvent 100 Neutral"-olje fulgt av dlspergering av den vandige fase 1 oljen ved bruk av en laboratorie-propeller-blander ved en hastighet av 1000 omdr./min. for å oppnå vann-i-ol je-emulsjonen , fulgt av dlspergering av 120 g leire i den således dannede emulsjon ved bruk av en spatel. Den vandige fase var i alle tilfeller 200 g vandig oppløsning omfattende 1 vekt-# "P-250"-polyakrylamid. For hver benyttede skjærfortykningsblanding ble det benyttet 80 g oljefase og 200 g vandig fase og 120 g KWK-leire. For tre av disse fremstilte skjaerfortykningsblandinger inneholdt den vandige fase 1, 2 henholdsvis 3 vekt-# "Acrysol A-3"-polyakrylsyre. Som en kontroll og for å gi en gyldig sammenligning, ble en skjærfortykningsblanding fremstilt identisk med de andre 3, men uten polyakrylsyren i den dispergerte vandige fase. Lavskjærfortykningstiden og skjærstyrken for den dannede pasta ble bestemt ved bruk av den laboratorieprosedyre som er angitt ovenfor.

Resultatene som er vist i tabellen viser klart at bruken av polyakrylsyre i den vandige fase resulterer i en lav forbedring av lavskjærfortykningstiden. Den viser også en tilsynelatende optimal konsentrasjon av denne spesielle polyakrylsyre.

Eksempel 3

Dette eksempel var et virkelig feltforsøk gjennomført på en brønn i kontinental-USA og viste evnen til et skjærfortykningsfluid ifølge oppfinnelsen til å kunne pumpe gjennom mer enn ca. 3000 meter borerør, og danne en høystyrkeplugg i ringrommet mellom borestrengen og brønnforingen efter pumping gjennom borkronedysene. Brønnen hadde ca. 4000 meter foring med en indre diameter på 51,5 cm med en sementplugg i bunnen, og ca. 3800 meter borestreng med en ytre diameter på 12,7 cm og en indre diameter på ca. 11 cm. En roterende borkrone med en 8,73 mm dyse og en 11,11 mm dyse var festet til bunnen av borestrengen. Bunnhullsirkuleringstemperaturen i brønnen var 85 °C.

Et skjærfortykningsfluid ifølge oppfinnelsen og med følgende sammensetning ble fremstilt ved bruk av den prosedyre som er beskrevet tidligere.

Polymer A var "P-250"-polyakrylamid, polymer B var "Acrysol A-3"-polyakrylsyre, den benyttede olje var "Norpan 13", det overflateaktive middel ar et borert derivat av reaksjonsproduktet av polyisobutylen som ble fremstilt ved kondensering av 2,1 mol polyisobutenylravsyreanhydrid med et forsåpningstall på 112 og en tallmidlere molekylvekt, Mn på ca, 900, oppløst i en nøytral mineralolje for å tilveiebringe en 50 vekt-# oppløsning, med 1 mol av nevnte alkylenpolyamin. Prosedyren som ble benyttet for å fremstille dette overflateaktive middel var den samme prosedyre som ble benyttet i eksempel 2 i US-PS 4 173 540. Leiren var en 40-200 Tyler mesh "MX-80"-leire.

3500 1 av emulsjonen ble fremstilt, av disse ble 2225 1 benyttet for å danne skjærfortykningsfluidet mens resten av emulsjonen ble satt til side for bruk som avstandsholdere og overført til en tank på en pumpetruck. 590 kg av leiren ble tilsatt til den gjenværende emulsjon i en Halliburton-turbinblander for å gi de 2385 1 av skjærf ortykningsf luidet. Efter at skjærfortykningsfluidet ble fremstilt, ble ca. 3180 1 vann pumpet inn i borestrengen for å sikre at pumpelinje og borestreng ikke var plugget og også for å rense rørled-ningene. Denne vannspyling ble fulgt av ca. 480 1 av emulsjonsavstandsholder, 2385 1 av skjærfortykningsfluid, 2385 1 av emulsjonsavstandsholder og til slutt 3180 1 vann-efterskylling. Viskositeten i emulsjonen som ble benyttet som avstandsholdere, var øket ved sirkulering av denne gjennom en triplekspumpe flere ganger ved bruk av den prosedyre som er angitt ovenfor.

Viskositeten i emulsjonsavstandholderen var mindre enn den for boreslammet. Det skal bemerkes at det var boreslam i strengen før gjennomføring av vannskyllingen og innføring av emulsjonsavstandsholder og skjærfortykningsfluid.

Skjærfortykningsfluidet og emulsjonsavstandholderen ble pumpet ned i borestrengen ved bruk av en triplekspumpe. Efter vannspyling ble emulsjonsavstandsholderen og skjærfortykningsf luidet pumpet ned i borestrengen i en mengde av ca. 480 1 pr. minutt. Skjærfortykningsfluidet og avstandselementene ble forskjøvet eller trykket ned gjennom borestrengen ved hjelp av boreslam, som ble pumpet inn i en mengde av ca. 800 1 pr. minutt. Skjærfortykningsfluidet ble pumpet ut gjennom borkronen for å danne pastaen og så plugge ringrommet rundt borestrengen og brønnforingen. Den således dannede plugg eller pasta eller pastakolonne hadde en styrke på mer enn 453 kg/9,29 m2 .

Claims (6)

1. Skjærfortykningspreparat bestående av en vann-i-olje-emulsjon med partikler av granulær, hydratiserbar og hydrofil leire dispergert i den kontinuerlige oljefase, karakterisert ved at oljefasen består av en hydrokarbonvæske med et deri oppløst overflateaktivt aminderivat, og der den dispergerte vandige fase består av en vandig oppløsning både av en polyakrylsyre og et polyakrylamid, i det pH-verdien 1 den vandige fase ikke er større enn 4,5 og videre ved at preparatet på vektbasis inneholder ca. 100 deler leire, fra 25 til 400 deler vann, fra 0,1 til 10 deler polyakrylamid, fra 25 til 130 deler olje, fra 1 til 30 deler overf lateaktivt middel og fra 0,1 til 10 deler polyakrylsyre.

2. Preparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det overflateaktive middel er et overflateaktivt polyaminderivat.

3. Preparat ifølge krav 2, karakterisert ved at det overflateaktive middel er et overflateaktivt PIBSA-polyaminderivat.

4 . Preparat ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at det overflateaktive middel er et alkylenpolyaminderivat av PIBSA.

5. Preparat ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at partikkelstørrelsen for den granulære leire ligger mellom 40 og 200.

6. Preparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det på vektbasis inneholder ca. 100 vektdeler leire,

100 til 300 deler vann, fra 0,25 til 5 deler polyakrylamid, fra 50 til 100 deler olje, fra 5 til 15 deler overf lateaktivt middel og fra 0,25 til 5 deler polyakrylsyre.