NO167692B - Fremgangsmaate for aa bestemme de relative konsentrasjoner av et i det vesentlige stillestaaende oljefasefluid og et relativt mobilt vannfasefluid i en underjordisk reservoarformasjon. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å bestemme de relative konsentrasjoner av et i det vesentlige stillestående oljefasefluid og et relativt mobilt vannfasefluid i en underjordisk reservoarformasjon. Fremgangsmåten er karakteristisk ved at

det gjennom en brønn i reservoarformasjonen injiseres et fluid bestående i det vesentlige av en vandig oppløsning som, i det minste kort tid etter at den har strømmet inn i reservoarformasjonen, inneholder mellom 0,001 og 0,1 mol/l oppløst C02 og mellom 0,0005 og 0,05 mol/l av et vannoppløselig og oljeoppløselig, senere aktivt pH-økende reaktantmateriale for overføring av en vesentlig andel av det oppløste C02 til oppløste hydrogencarbonationer, idet fluidvolumet er slik at fluidet fyller det ønskede porevolum i reservoaret når det forflyttes 1,5-7,6 meter fra brønnen gjennom hvilken fluidet injiseres,

det deretter injiseres gjennom brønnen en vandig oppløsning som inneholder oppløst fra 0,001 til 0,1 mol/l C02, og som er fri for pH-økende reaktantmateriale,

den pH-økende reaksjon tillates å finne sted,

det injiserte fluid utvinnes, og variasjonen i konsentrasjonen av såvel oppløst C02 som oppløste hydrogencarbonationer måles i mengden av utvunnet fluid, og

de relative konsentrasjoner av oljefasefluidet og vannfasefluidet bestemmes ved graden av kromatografisk separasjon mellom reduksjonen i konsentrasjonen av oppløst C02 og økningen i konsentrasjonen av oppløste hydrogencarbonationer.

Det later til at ved konvensjonelt utførte bestemmel-ser av denne art er de eneste sporstoffdannende eller sporgi-vende reaktanter og prosedyrer som har vist seg tilfredsstil-lende, de som er beskrevet i US patentskrift nr. 3 623 842, hvor det benyttes hydrolyserbare lavere-alkyl-carboxylsyreestere eller (3-ketoalkyl-carboxylsyreestere. Ved bruk av slike estere er en uomsatt ester eller et uomsatt keton sporstoffet som fordeler seg mellom vannet og oljen (eller andre mobile og stillestående faser), og en alkohol eller annet reaksjons-produkt som oppløses praktisk talt fullstendig i vannfasen,

utgjør sporstoffet for vannet.

Slike tidligere kjente prosedyrer har funnet utstrakt anvendelse og har gått under betegnelsen "enkeltbrønn-spor-stoffmetoden" ("single well tracer method"), og mer enn et hundretall jobber er blitt utført. Vanligvis er imidlertid bruken av metoden blitt begrenset til reservoarer med relativt lave temperaturer som følge av avhengigheten av organiske es tere.

Den nye fremgangsmåte er velegnet for praktisk talt hvilke som helst av de anvendelser som har vært aktuelle for de tidligere, ovennevnte prosedyrer, og dessuten for bruk ved meget høyere temperaturer. Fremgangsmåten representerer en forbedring i forhold til de tidligere kjente fremgangmåter ved at det (1) benyttes carbondioxyd som sporstoffet som fordeler seg mellom den stillestående oljefase og den mobile vannfase og (2) benyttes en ved en reaksjon frembragt minskning i konsentrasjonen av oppløst CC>2 og en samtidig frembragt økning i konsentrasjonen av oppløste bicarbonationer som de mar-kører ved den kromatografiske separasjon ved hjelp av hvilke de relative mengder av fluidfasene i reservoaret kan bestemmes.

Den foreliggende bruk av en minskning i stedet for

en økning i konsentrasjonen av et oljefasesporstoff som markør ved bestemmelsen av graden av kromatografisk separasjon menes å være ny. Den involverer en mekanisme som er eller synes å være som følger: Når pH-verdien i det injiserte fluid som inneholder både en pH-økende reaktant og oppløst CC^ økes, vil carbonsyren, som vil være i likevekt med det oppløste CC^, nøytraliseres under dannelse av oppløste bicarbonationer. Dette medfører en forskyvning av likevekten og resulterer i overfø-ring av ytterligere mengder oppløst CC>2 til oppløste bicarbonationer. Når den resulterende CC^-utarmede og bicarbonatione-anrikede oppløsning bringes til å strømme gjennom reservoarfor-mas jonen, blir forplantningen av bølgen av redusert CC^-konsentrasjon forsinket i forhold til forplantningen av bølgen av øket bicarbonationekonsentrasjon som følge av utlutingen eller elueririgen av CC^ fra oljen. Når en relativt CC^-rik olje bringes i kontakt med det relativt CO^-fattige vandige fluid, vil

den overføre CO^ til dette fluid, slik at bølgen av CO^-senk-ning forsinkes i forhold til bølgen av den økede bicarbonationekonsentrasjon. For bicarbonationene kan ingen slik over-føring finne sted, fordi oppløseligheten av bicarbonatsalter i olje er null. Slike konsentrasjonsendringer blir skilt fra hverandre på tilsvarende måte som ved adskillelse mellom en bølge av øket konsentrasjon av et olje-sporstoff og en øket konsentrasjon av vann-sporstoff som ikke fordeler seg. Som det er kjent i faget, er de beregninger som er involvert ved bruk av en slik CC^-konsentrasjonssenkning som markør for graden av kromatografisk separasjon av samme type som dem som er involvert ved bruk av en økning i en annen spor-stoffkonsentrasjon for dette formål.

Sammenlignin g av de spor dannende evner

(1) Temperaturområde

Ved typiske tidligere kjente metoder tjener en organisk ester som er partielt oppløselig i olje, som det oljefasesporstoff som injiseres ved brønnhullet og fortrenges til den ønskede avstand fra brønnhullet ved hjelp av et inert fluid. En oppholdsperiode gir så den nødvendige tid for at det skal finne sted en hydrolysereaksjon og dannelse av en betydelig mengde alkohol.- Alkoholen er ikke oppløselig i oljen og tjener således som vannfase-sporstoff.

Hydrolysetrinnet må ikke være for raskt, da det er uønsket at alkoholen dannes under plasseringstrinnet, og det dessuten må være en viss mengde uomsatt ester tilbake etter oppholdsperioden, da det er denne som er oljefase-sporstoffet. Etter endt oppholdsperiode drives begge sporstoffer tilbake til brønnhullet. Graden av kromatografisk separasjon av de to sporstoffer måles og benyttes for beregning av den resi-duelle oljemetning.

Dersom reservoartemperaturen er høyere enn 93°C, blir hydrolysehastigheten for de fleste, om ikke alle, kjente estere så stor at de ovennevnte fordringer ikke tilfredsstil-les. Derfor har de tidligere kjente metoder vært begrenset til reservoarer av temperatur 93°C eller mindre.

Et meget stort antall muligheter har vært tilgjengelige med hensyn til valg av "basedannere" (dvs. pH-økende reaktanter). Noen eksempler er gitt i tabell I, sammen med et anslag etter beste skjønn over det anvendelige temperaturområde for hver enkelt av de oppførte basedannere. (2) Dypere penetrering (undersøkelsesdybde) fra brønnhullet.

Reaksjonene ved hvilke det dannes en base ved hjelp av typiske basedannende reaktanter som egner seg for anvendelse ved den foreliggende fremgangsmåte, er oppført i tabell

II.

Ved vanlig benyttede metoder er oljefase-sporstoffet ethylacetat, som injiseres med et vandig bærerfluid. Det fordeler seg mellom oljen i reservoaret og vannet i bærer-fluidet. Virkningen er en forsinkelse av esterfrontens frem-rykning inn i reservoaret. I de fleste tilfeller vil esteren nå frem et stykke som svarer til et volum på bare ca. en tredjedel av volumet av det totale injiserte fluid.

Ved den foreliggende fremgangsmåte er situasjonen

en annen. 01jefase-sporgiveren er en reaksjonsfrembragt senk-ning i konsentrasjonen av oppløst i et vandig bærerfluid. Visse reservoarer inneholder som er fordelt til en like-vektstilstand mellom vannfasefluidet og oljefasefluidet i reservoaret. Når fluidet som utvinnes fra et slikt reservoar benyttes som den vandige oppløsning inneholdende CO2 injisert i henhold til den foreliggende fremgangsmåte, forårsaker injeksjonen ingen ytterligere CO2-fordeling. I andre reservoarer blir en porsjon vann som inneholder oppløst CC^ men ingen oppløst basedannende reaktant fortrinnsvis injisert foran oppløsningen inneholdende både oppløst CO2 og oppløst basedannende reaktant. Dette sikrer at CC>2 er tilstede i den avstand fra brønnen hvor reservoarat skal testes. Opp-løsningen inneholdende CO2 og basedannende reaktant fortrenges til den valgte avstand ved at det injiseres et vandig fluid som inneholder minst den samme mengde oppløst CO2, men som er fri for den basedannende reaktant. Da den basedannende reaktant er selektivt vannoppløselig, vil den deretter avsted-kommede reduserte konsentrasjon av CC^ , dvs. oljefase-sporgiveren ifølge det foreliggende system, trenge lenger inn i formasjonen enn et estersystem-sporstoff (for et gitt be-handlingsvolum) og tillate en restoljemåling over ca. tre ganger det reservoarvolum som lot seg undersøke ved hjelp av det tidligere kjente system.

(3) Fordelingskoeffisient

Fordelingskoeffisienten, Ki (forholdet mellom konsentrasjonen av sporstoff i oljefasen og konsentrasjonen av sporstoffet i vannfasen) for estere er ca. 6 i de fleste tilfeller. Ki for CO2 er ca. 2.

Ki-verdien for CO2 er i de fleste tilfeller meget bedre fra et testfølsomhetssynspunkt, da det er tilstede mer CO^ i vannfasen, som utgjør praktisk talt alt det ut-vundne fluid.

Dessuten vil den foreliggende type sporgiver bli ført tilbake til brønnhullet meget raskere enn et ekvivalent ester-sporstoff. Dersom denne egenskap kombineres med de mindre volumer som trenges for testing av reservoaret, på grunn av den foreliggende sporgivers evne til å penetrere dypere, kan det være tilstrekkelig å foreta bare mindre jobber. I dette tilfelle vil flere små tester kunne foretaes i forskjellige brønner, istedenfor den ene store estertest som for tiden foretaes. Dette vil gi bedre totale reservoarverdier for restoljemetningen Sor (residual oil saturation) enn dem som for tiden kan oppnåes.

(4) Drift under inntrengningsperioden

I de fleste reservoarer vil fluid som injiseres i

en brønn, få en avdrift sammen med de totale reservoarfluider når pumpene stanses. Det kan dreie seg om så mye som én meter pr. dag.

Ved bruk av estersystemet er det ofte nødvendig med lange inntrengningsperioder. Dette gjør avdriften til en betydelig feilkilde, for hvilken det må foretaes korreksjoner. Dessuten blir metoden mindre nøyaktig og mindre følsom.

Med det foreliggende system vil det store utvalg av basedannere som reagerer med ulike hastigheter ved ulike temperaturer kombinert med hurtigere tilbakestrømning i stor grad redusere virkningen av avdriften i mange tilfeller. Dette skyldes at basedannerne lettere kan velges slik at

de svarer til den reservoartemperatur som er involvert. Like-ledes vil vann-sporgiveren og olje-sporgiveren holde seg meget nærmere hverandre i reservoaret og følgelig eliminere mange av de feil som innføres som følge av avdriftshastig-heten i reservoaret.

(5) Diverse.

(a) En mer nøyaktig plassering av den CC^-utarmende basedanner i reservoaret kan gjøre det mulig å benytte fron-talanalyseteknikker på sporgiverne istedenfor de båndana-lyser som benyttes for esteren. Frontalanalyser bør være mer nøyaktige.

(b) I enkelte tilfeller kan meget små mengder C02

være tilstrekkelige som følge av analysesysternenes store følsomhet og stabilitet.

(c) Dersom avdriften er minimal, kan det være mulig

å benytte enkle metoder for å analysere dataene og for å beregne restoljemetningen.

Vanligvis vil det - med de modifikasjoner som vil

være åpenbare for en fagmann på området - være mulig å benytte den foreliggende fremgangsmåte i alle de reservoarsituasjoner og ved alle de metoder for bestemmelse av fluidmetning hvor de tidligere kjente metoder var egnede.

Tabell III angir resultater som ble oppnådd ved testing av forskjellige basedannere ved forskjellige temperaturer og pH-verdier. I hvert tilfelle ble oppløsningen holdt ved et trykk på 445 kPa under testen. Oppløsningens pH-verdi ble holdt praktisk talt konstant gjennom tilsetning av por-sjoner av 0,1 mol/l natriumbicarbonatoppløsning til systemet under forløpet av hydrolysen. Hver basedanneroppløsning besto av vann inneholdende 0,5 mol/l natriumklorid og 0,05 mol/l basedanner.

Mønstrene for konsentrasjonene av oppløst C02 og opp-løst bicarbonat i avhengighet av mengdene av fluid som utvinnes fra reservoaret som testes (og/eller konsentrasjonene i avhengighet av tiden når produksjonshastigheten er i det vesentlige konstant), kan måles ved hjelp av alminnelig kjente og tilgjengelige metoder og apparater. Det er en klar fordel med den foreliggende fremgangsmåte at kjente og tilgjengelige, relativt enkle prosedyrer, såsom titrometriske og/eller thermometriskeanalyser kan benyttes for å måle den kromatografiske separasjon mellom det CO^ som er fordelt mellom fasene og syreanionene som er oppløst i det vesentlige fullstendig i reservoarfluidets mobile fase.

Ved en foretrukken fremgangsmåte for måling-ajr restoljemetningen blir vann som er frembragt fra (eller er ekvi— valent med) vannet i reservoaret benyttet som det injiserte vandige fluid. Når dette vann er i det vesentlige fritt for oppløst CC>2 , oppløses en valgt mengde, såsom f.eks. fra 0,000. mol/l til 0,100 mol/l, i vannet. Mens denne oppløsning injiseres, innlemmes en basedannende reaktant i det innstrømmende. vann i en konsentrasj on av fra 0,0005 mol/l til 0,0500 mol/l, idet det benyttes et tilstrekkelig stort volum til å danne en plugg som fyller det ønskede porevolum i reservoaret. Oppløsningen inneholdende den basedannende reaktant forflyttes en valgt avstand, f.eks. fra 1,52 til 7,62 meter, fra brønnen ved at det C^-holdige vann injiseres uten tilsetning av den basedannende reaktant. Etter tilstrekkelig lang tid til at en betydelig andel av eller alt i fluidet inneholdende basedannende reaktant er blitt fjernet, bringes det injiserte fluid til å strømme tilbake og analyseres.

Vanligvis foretrekkes det å velge den basedannende reaktant i forhold til den pumpehastighet som skal anvendes i den avstand fra brønnen hvor målingen skal foretaes og den temperatur som vil påtreffes i reservoaret. Dette bestemmer den tid den basedannende reaktant vil være utsatt for tem-peraturen under innstrømmingen av oppløsningen som inneholder den. I forhold til den eksponering som må påregnes kan reaktanten velges slik at ikke mer enn 20-30% eller en mengde av størrelsesordenen 1/3 av reaktanten vil forbrukes mens fluidet som inneholder samme, pumpes inn i reservoaret. I

en slik situasjon vil oppholdstiden for fullføring av reaksjonen bare behøve å være ca. tre ganger så lang som innpump-ningstiden.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for å bestemme de relative konsentrasjoner av et i det vesentlige stillestående oljefasefluid og et relativt mobilt vannfasefluid i en underjordisk reservoarformasjon, karakterisert ved at: det gjennom en brønn i reservoarformasjonen injiseres et fluid bestående i det vesentlige av en vandig oppløsning som, i det minste kort tid etter at den har strømmet inn i reservoarformasjonen, inneholder mellom 0,001 og 0,1 mol/l oppløst C02 og mellom 0,0005 og 0,05 mol/l av et vannoppløselig og oljeoppløselig, senere aktivt pH-økende reaktantmateriale for overføring av en vesentlig andel av det oppløste C02 til oppløste hydrogencarbonationer, idet fluidvolumet er slik at fluidet fyller det ønskede porevolum i reservoaret når det forflyttes 1,5-7,6 meter fra brønnen gjennom hvilken fluidet inj iseres, det deretter injiseres gjennom brønnen en vandig oppløsning som inneholder oppløst fra 0,001 til 0,1 mol/l C02, og som er fri for pH-økende reaktantmateriale, den pH-økende reaksjon tillates å finne sted, det injiserte fluid utvinnes, og variasjonen i konsentrasjonen av såvel oppløst C02 som oppløste hydrogencarbonationer måles i mengden av utvunnet fluid, og de relative konsentrasjoner av oljefasefluidet og vannfasefluidet bestemmes ved graden av kromatografisk separasjon mellom reduksjonen i konsentrasjonen av oppløst C02 og økningen i konsentrasjonen av oppløste hydrogencarbonationer.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det som C02-holdig fluid for injisering anvendes vann utvunnet fra reservoaret som testes.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det som basedannende materiale anvendes minst én forbindelse valgt blant urea, ka-liumcyanat, natriumnitritt og propylenoxyd.