NO175724B - Viskositetsmidler for saltopplösninger under anvendelse av hydrofil polymer-mineraloljesystemer - Google Patents

Description

Oppfinnelsens bakgrunn

1. Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse angår fremstilling og anvendelse av nye viskositetssystemer som tilsettes til bore- og "fuliføringsfluider anvendt for olje- og gass-boreoperasjoner. Den foreliggende oppfinnelse angår mer spesielt polart oppløsningsmiddel-i-oljeemulsjoner som fremstilles spesielt og blandes med høye konsentrasjoner av vanlige viskositetsmidler som øker deres effektivitet.

2. Beskrivelse av teknikkens stand

Spesielle fluider som kalles for bore- og full-føringsfluider anvendes for boring av olje- og gassbrønner. Disse fluider er av vesentlig betydning for boreoperasjoner da de oppfyller en rekke forskjellige viktige funksjoner. For eksempel avkjøler og smører borefluider borekroner og led-ninger, hindrer beskadigelse av produserende formasjoner, suspenderer og fjerner borekutting fra brønner og renser brønner generelt. De itisst effektive borefluider består av konsentrerte saltoppløsninger, som natriumklorid eller kalsiumklorid. Disse saltoppløsninger eller "brines" kan anvendes alene ved boring av grunne brønner eller i kom-binasjon med uoppløselige vektmaterialer for dypbrønnboring. For å opprettholde det høye formasjonstrykk i dype brønner

må uoppløselige vektmaterialer tilsettes til boreoppløs-ningene. Dessverre kan anvendelse av disse vektmaterialer by på alvorlige problemer under ferdiggjøringsoperasjoner.

De uoppløselige materialer kan redusere eller ødelegge den produserende sones permeabilitet ved filtrering inn i formasjonen og ved å hemme strømmen av oljen og gassen. I de senere år er "faststoffrie" salt- og vannoppløsninger som har densitetsområder mellom 1,2 og 2,3 kilogram pr. liter ("kg/l") blitt utviklet for dypbrønnboring. Disse saltopp-løsninger krever generelt tilsetning av viskositetsmidler og andre tilsetninger for at de skal bli virkelig effektive.

Ved tilsetning av viskositetsmidler til saltoppløsningene

økes deres evne til å suspendere og fjerne borekutting fra brønnen, og betydelig tap av fluider over i formasjonen

hindres.

Som beskrevet i US patenter nr. 4336146 og 4100230

kan naturlige polymerer, som guargummi, hydroxypropylguar, xanthangummi, carboxymethylcellulose og hydroxyethylcellulose, anvendes som viskositetsmidler når saltoppløs-ninger befinner seg innen densitetsområdet 1,2-2,3 kg/l.

Se også Chatterji J. og Borchart J.K.; J. Pet. Tech. 2042-2056 (1981). Det mest vanlig anvendte viskositetsmiddel for saltoppløsninger innen densitetsområdet 0,12-2,3 kg/l er hydroxyethylcellulose eller "HEC".

Tilsetningsmetoden for HEC og andre hydrofile polymerer til saltoppløsninger er meget viktig. Dersom den tørre polymer tilsettes til saltoppløsningen uten manipulering,

vil polymerens indre-ikke hydratisere. og polymeren vil hindres fra effektivt å øke saltoppløsningens viskositet. US patent nr. 4459214 og britisk patent nr. 2086923B beskriver en del-løsning av solvateringsproblemet. Disse patenter foreslår tilsetning av polare organiske oppløsningsmidler, som ethylenglycol, propylenglycol og dimethylformamid, til polymer-saltoppløsningsblandingene for å øke oppløsningen av polymeren og derfor dens evne til å øke saltoppløsningens viskositet.

Denne oppløseliggjøringsmetodé er imidlertid ikke fullstendig tilfredsstillende fordi bare ca. 10 vektprosent ("vekt%") av polymer kan oppløses i disse polare oppløsnings-midler uten dannelse av uoppløselig gel, mens flytende viskositetsmidler som inneholder høye konsentrasjoner av polymer er nødvendige for skikkelig å øke viskositeten til salt-oppløsninger innen densitetsområdet 1,2-2,3 kg/l med minimal reduksjon av densiteten. Når dessuten oppløst polymer får henstå i lengre tid (som 30 døgn eller lengre), finner faseseparering sted som fører til at det dannes en gummi-aktig masse som alvorlig nedsetter viskositetsmidlets effektivitet. Dessuten er polymer-organiske oppløsningsmiddel-oppløsninger sjelden "hellbare", og dette gjør det vanskelig å anvende disse.

Behandling av viskositetsmiddel-saltoppløsninger med høye temperaturer, høy skjærintensitet og lange blandingstider har også vist seg å være effektiv hva gjelder å øke oppløseliggjøringen av hydrofil polymer og således viskositet. Dessverre er disse metoder både kostbare og tidkrevende.

Den foreliggende oppfinnelse har som sitt fremste

mål å oppnå en løsning av oppløseliggjørelsesproblemet uten at det er nødvendig å anvende høye temperaturer, høy skjærintensitet eller lange blandingstider samtidig som det er mulig å oppløse en høy konsentrasjon av polymer i salt-oppløsningene.

Det er således et mål ved den foreliggende oppfinnelse å utvikle et viskositetsmiddelsystem for konsentrerte salt-oppløsninger innen densitetsområdet 1,2-2,3 kg/l eller 1,05-2,30 g/cm 3 som inneholder 20-40 vekt% hydrofil polymer.

Et annet mål ved den foreliggende oppfinnelse er å

danne et "hellbart" viskositetsmiddelsystem.

Et ytterligere mål ved oppfinnelsen er å fremstille et viskositetsmiddelsystem med en minste mulig lagringstid på 6 måneder og som har minimal faseseparering.

Et ytterligere mål ved oppfinnelsen er å danne et viskositetsmiddelsystem som gir en minste traktviskositet på 2 00 s ved en konsentrasjon av 4,54 kg/fat eller derover i løpet av 60 min. ved væreIsetemperatur og lav skjærintensitet.

Et annet mål ved oppfinnelsen er å utvikle et viskositetsmiddelsystem som er sikkert å anvende for alle bore-og ferdiggjøringsoperasjoner uten uheldige virkninger.

Ytterligere mål og anvendelser av den foreliggende oppfinnelse vil fremstå fra den detaljerte beskrivelse av oppfinnelsen og fra kravene.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse angår viskositetsgjørende materiale for vandige alkali- og jordalkalimetall- og sink-halogenidsaltoppløsninger anvendt for boring og fullføring av olje- og gassbrønner, og det viskositetsgjørende materiale er særpreget ved at det omfatter 20 til 35% av en viskositetsbevirkende hydrofil polymer valgt fra gruppen bestående av hydroxyethylcellulose og carboxymethylcellulose,

30 til 55% mineralolje,

3 til 6% av minst ett oljeoppløselig, ikke-ionisk, over-

flateaktivt middel,

10 til 40% av minst ett flytende polart oppløsningsmiddel i hvilket den hydrofile polymer er oppløselig,idet oppløsnings-midlet er emulgert i mineraloljen, og 5 til 15% av et fortynningsmiddel av en langkjedet alifatisk alkohol, alle basert på vekt av materialet.

Det foreliggende materiale kan effektivt øke viskositeten til alkali- og jordalkalimetall- og sinkhalogenidsaltopp-løsninger innen densitetsområdet 1,2-2,3 kg/l uten oppvarming, høy skjærintensitet eller lange blandingstider, og gir minste traktviskositeter på 200 s ved en konsentrasjon av 4,54 kg/fat i løpet av 60 min. ved værelsetemperatur og lav skjæring.

Oppfinnelsen angår også et klart fluid med høy densitet og gjort viskøst og tilpasset for anvendelse som et brønnfull-førings-, -paknings- og -perforeringsmedium, og det klare fluid er særpreget ved at det omfatter

en vandig oppløsning av minst ett medlem valgt fra gruppen bestående av alkali- og jordalkalimetall- og sinkhalogenider med en densitet som ligger innen området fra 1,2 til 2,3 kg/l, og

et viskositetsgjørende materiale omfattende:

20 til 35% av en viskositetsbevirkende hydrofil polymer valgt fra gruppen bestående av hydroxyethylcellulose og carboxymethylcellulose,

30 til 35% mineralolje,

3 til 6 % av minst ett oljeoppløselig, ikke-ionisk over-flateaktivt middel, 10 til 40% av minst ett flytende polart oppløsnings-middel i hvilket den hydrofile polymer er oppløselig,idet oppløsningsmidlet er emulgert i mineraloljen, og 5 til 15% av et fortynningsmiddel av en langkjedet alifatisk alkohol, alle basert på materialets vekt.

Oppfinnelsen angår dessuten en fremgangsmåte for full-føring eller restaurering av brønner hvori et fluid med høy densitet injiseres i brønnen for å utøve tilstrekkelig hydrostatisk trykk til å kontrollere brønnen, og fremgangsmåten er særpreget ved at den omfatter anvendelse av det klare fluid ifølge oppfinnelsen som er blitt gjort viskøst.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Tilsetning av 0,05-1,0 vekt% Bentone<®>leire (organofil leire) har vist seg å gjøre det foreliggende materiale mer hellbart og derfor lettere å anvende.

Den ovenfor beskrevne blanding kan fremstilles med

en hvilken som helst flytende parafin innen viskositetsområdet 70-350 SSU ("Saybold Second Units" = sayboldsekunder) ved 37,8°C. Dessuten skal overflateaktive midler anvendt i blandingen være oljeoppløselige og ikke-ioniske. Ikke-begrensende eksempler på overflateaktive midler innbefatter alkylarylpolyetheralkoholer, som octyl- eller nonylfenolbaserte alkylarylpolyetheralkoholer, og polyetherforbindelser, som blokkopolymerer av propylen-

og ethylenoxyder, og polyethylenglycolfettsyreestere.

Polare oppløsningsmidler som kan anvendes i blandingen innbefatter, men er ikke begrenset til, hvilke som helst organiske alkoholer, alifatiske glyceroler og N-methylpyr-rolidoner i hvilke hydrofile polymerer er oppløselige. En hvilken som helst langkjedet alifatisk alkohol, som octanol, kan tjene som et fortynningsmiddel for blandingen. Dessuten kan en hvilken som helst viskositetsbevirkende hydrofil polymer som er opp-løselig i polare oppløsningsmidler og øker saltoppløsningens viskositet, som cellulose, carboxymethylcellulose og hydroxyethylcellulose eller HEC, anvendes som den hydrofile polymer i blandingen. HEC er foretrukket i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Viskositetsmiddelblandingen kan generelt fremstilles ved først omhyggelig å blande mineraloljen med det overflateaktive middel. En blanding av polare organiske oppløsnings-midler og fortynningsmidler blir derefter tilsatt i løpet av en periode på 3 minutter, og den erholdte emulsjon blir agitert med et propellrøreverk, til å begynne med ved 2 50 rpm og efterhvert som emulsjonens viskositet øker, ved 700 rpm.

Når blandingen er ferdig, blir den erholdte emulsjon omrørt med propellrøreverket ved 7 00 rpm i ytterligere 5 minutter. Bentone<®>leire kan tilsettes til emulsjonen for å gjøre det samlede flytende viskositetsmiddelsystem bedre hellbart.

Tørr polymer blir derefter langsomt tilsatt til emulsjonen

for å danne en god suspensjon. Andre blandingsmetoder kan anvendes om ønsket.

Egnede saltoppløsninger som kan gjøres viskøse i henhold til denne oppfinnelse, innbefatter vandige oppløsninger som inneholder i det vesentlige hvilke som helst alkali- og jordalkalimetall- og sinkhalogenider. Slike saltoppløsninger kan fremstilles med ett eller flere av de følgende salter: natriumklorid, natriumbromid, lithiumbromid, kalsiumklorid, kalsiumbromid, sinkbromid og sinkklorid, forutsatt ved en densitet som ligger innen området fra 1,2 til 2,3

kilogram pr. liter.

Viskositetsmidlet kan på sin side blandes med en salt-oppløsning på en hvilken som helst bekvem måte for å gi den ønskede viskøse saltoppløsning. Viskositetsmiddelblandingen tilveiebringes med fordel i saltoppløsningen i en konsentrasjon av 0,2-10,0, fortrinnsvis 0,5-2, vekt% av den samlede blanding.

Viskositetsmidlene ifølge oppfinnelsen er effektive

ved i det vesentlige en hvilken som helst pH som oppvises av alkali- og jordalkalimetall- og sinkhalogenidsaltopp-løsningene ifølge oppfinnelsen. Således byr pH ikke på en begrensning av den effektive utnyttelse av viskositetsmidlene ifølge oppfinnelsen.

De nedenstående eksempler er fremsatt for ytterligere

å illustrere de foretrukne utførelsesformer av den foreliggende oppfinnelse og er ikke beregnet å utgjøre begrensninger for den beskrevne oppfinnelse.

Eksempel 1

Et flytende viskositetsmiddelsystem for enkeltsalt-oppløsninger, som natriumklorid, kalsiumklorid, natriumbromid, lithiumbromid og kalsiumbromid, ble fremstilt ved først omhyggelig å blande 2,0 vekt% "X-2 07" og 1,0 vekt% "X-45" (ikke-ioniske oppløsningsmidler av alkylarylpoly-etheralkohol og tilgjengelige i handelen fra Rohm og Haas)

med 52,5 vekt% Semtol-100 mineralolje (tilgjengelig i handelen fra Witco Chemical). En blanding av 3,5 vekt% glycerol, 3,5 vekt% ethylenglycol og 7,0 vekt% vann ble tilsatt i løpet av en periode på 3 minutter, og den erholdte emulsjon ble agitert ved 250 rpm med et propellrøreverk.

Efterhvert som emulsjonens viskositet økte, ble agiterings-hastigheten øket til 700 rpm. Emulsjonen ble derefter om-rørt i ytterligere 5 minutter ved 700 rpm. Derefter ble 0,5 vekt% Bentone<®>leire fra Southern Clay Products, Inc.

tilsatt til emulsjonen for å gjøre denne mer hellbar. Til slutt ble 30,0 vekt% tørr HEC langsomt tilsatt til emulsjonen, og emulsjonen ble blandet.

For å bestemme effektiviteten av å anvende en saltopp-løsning inneholdende det ovenstående viskositetsmiddel som et bore- eller ferdiggjøringsfluid ble forskjellige vis-kositetsmålinger foretatt. Et Fann-viskosimeter, en type av rotasjonsviskosimeter, ble anvendt for å måle den viskøse saltoppløsnings viskositet. Fann-viskosimetere arbeider under konstante betingelser slik at nære efterligninger av hvorledes et fluid vil oppføre seg under virkelige industrielle omstendigheter, dvs. omrøring, dispergering, pumping, dosering, kan oppnås. Fann-viskosimetre blir ut-strakt anvendt for rutinebedømmelser og kvalitetskontroll-målinger. En Fann-35 avlesning på 150 ved 300 rpm angir at en oppløsning har en tilstrekkelig viskositet til å virke som et fluidtap.smiddel ved bore- og ferdiggjøringsoperasjoner.

Dessuten ble Marsh-traktviskositetene for den viskøse saltoppløsning målt. Metoden for måling av Marsh-traktviskositeter er beskrevet i API RP 13B publikasjonen (1976, P.S.) som følger: "Marsh-trakten er slik dimensjonert at

når standardmetoder følges, er utstrømnmgstiden for 945 cm<3>ferskvann ved en temperatur av 21,1 +/-2,78°C 26,0 +/-0,5 s." Generelt må saltoppløsninger oppvise traktviskositeter på

200 s eller bedre for å være effektive som piller for å stoppe fluidtapet over til formasjonen.

Den nedenstående Tabell I angir traktviskositetene og Fann-45 avlesningene for viskositetsmidlet ifølge Eksempel I oppnådd i forskjellige oppløsninger av ett enkelt salt.

Disse data viser at de 4,54,kg/fat av viskositetsmidlet ifølge Eksempel I er effektivt som et viskositetsmiddel for alle saltoppløsninger av et enkelt salt. Dessuten angir Tabell I at enda lavere konsentrasjoner av viskositetsmiddel, dvs. innen området 2,27-3,40 kg/fat, vil kunne anvendes for effektivt å gjøre saltoppløsninger viskøse og gi traktviskositeter på 200 s eller bedre.

I tillegg er, som dataene i!'Tabell I viser, hydratiseringen av HEC i NaCl-, NaBr- og CaC^-oppløsning fullstendig i løpet av en time (sammenlign traktviskositet og Fann-35 avlesningene ved 600 rpm), mens hydratiseringen av HEC fort-setter å øke med tiden i CaB^-oppløsninger.

Tabell II angir rheologidataene for viskositetsmidlet ifølge Eksempel I i oppløsninger av ett enkelt salt. Disse data viser plastisiteten til fluider ved høye trykk såvel som i dypbrønnformasjoner. For å beregne rheologidataene i Tabell II er det blitt antatt at de viskøse fluider oppfører seg i overensstemmelse med den Bingham-plastiske modell.

Et Bingham-fluid ligner på et Newtonsk fluid ved at begge oppviser rettlinjet forhold mellom skjærpåkjenning og skjærhastighet. Imidlertid har det Bingham-plastiske fluid et skjæringspunkt på skjærings-spenningsakten som kalles for den naturlige flytegrense (YP). Helningen for skjærpå-kjenningen i forhold til skjærhastighetslinjen er den

plastiske viskositet (PV).

Den tilsynelatende viskositet for Newtonske og plastiske fluider bestemmes ved å dividere Fann-35-avlesningen ved 600 r.p.m. med 2. For et Newtonsk fluid (et i hvilket en skjærspennings- ri forhold til skjærhastighetsavsetning gir en rett linje gjennom origo) er den tilsynelatende viskositet lik den plastiske viskositet. For plastiske fluider, som ferdiggjøringsfluider, er den tilsynelatende viskositet av begrenset verdi fordi helningen til flytekurver ikke kan defineres ved å måle skjærhastigheten ved bare én hastighet.

Verdier for plastisk viskositet og konvensjonell flytegrense ble oppnådd fra Fann-35-avlesningen, som følger:

Den hovedsakelige mangel ved å anvende Bingham-plastisitetsmodellen er at denne bare beskriver fluidflyten innen et meget snevert skjærhastighetsområde av 600 og 300 rpm. Skjærhastighetsområdene som påtreffes i en typisk boresitua-sjon, er mellom 3 og 100 rpm. Det kan derfor hende at Bingham-plastisitetsmodellen ikke nøyaktig beskriver fluidrheologiske egenskaper i alle boresituasjoner.

Eksempel II

Et annet flytende viskositetssystem ble fremstilt under anvendelse av en metode som var identisk med den ifølge eksempel I. Oppskriften for det flytende viskositetsmiddelsystem ifølge eksempel II er imidlertid noe forskjellig fra oppskriften ifølge eksempel I ved at HEC-konsentrasjonen mins-kes og konsentrasjonen av polart organisk oppløsningsmiddel økes. Selvom oppskriften ifølge eksempel I inneholder 30 vekt% HEC, vil denne ikke effektivt gjøre to-saltskalsiumfluider viskøse. På grunn av den lille konsentrasjon av de polare oppløsningsmidler i blandingen ifølge eksempel I blir meste-parten av HEC ikke solvatert, og den kan derfor ikke gjøre to-salt-fluider viskøse. I blandingen ifølge eksempel II ble konsentrasjonen av de polare oppløsningsmidlerøket for å solvatere mer HEC. Konsentrasjonen av HEC ble derfor minsket for å hindre geldannelse. Oppskriften for viskositetsmidlet ifølge eksempel II er gjengitt i Tabell III.

Som dataene i Tabell IV antyder er blandingen ifølge eksempel II istand til å gjøre alle CaBr2~og CaCl2~fluider viskøse, men den er ikke like effektiv som ifølge eksempel I hva gjelder å gjøre enkeltsaltoppløsninger viskøse.

Tabell V presenterer rheologidataene for viskositetsmidlet ifølge eksempel II.

Eksempel III

Et flytende viskositetssytem for enkeltsaltoppløs-ninger fremstilles i henhold til metoden ifølge eksempel I. Forholdet mellom mineralolje og polart organisk oppløsnings-middel er blitt forandret i forhold til det i eksempel I. Oppskriften for eksempel III er gjengitt i Tabell VI.

Traktviskositetene og Fann-35-avlesningene for eksempel III er gjengitt i Tabell VII.

Ved sanmenligning av rheologidataene for eksempel I og eksempel II (vist i Tabeller I og IV) kan det sees at i det minste for enkeltsaltoppløsninger er viskositetsgjøringsgraden en funksjon av HEC-konsentrasjonen og er ikke avhengig av forholdet mellom polare og ikke-polare oppløsningsmidler anvendt i systemet.

I det flytende viskositetsmiddelsystem ifølge eksempel III ble derfor ethylenglykol erstattet med oktanol slik at systemet ble fortynnet og mer HEC ble suspendert uten at en hård gel ble dannet.

I tillegg til at den er mer hellbar enn eksempel I, oppviser dessuten eksempel III høyere rheologi for enkeltsalt-fluider (sammenlign Tabeller I og VII). En konsentrasjon av 4,54 kg/fat viskositetsmidler er blitt anvendt som grunnlag for sammenligning av resultatene.

Rheologidata for eksempel III er vist i Tabell VIII.

Eksempel IV

Et flytende viskositesmidde1 ble fremstilt under anvendelse av metoden beskrevet i eksempel I. Forholdet mellom polare oppløsningsmidler og mineralolje eller ikke-polart opp-løsningsmiddel ble forandret for å solvatere mer HEC. I tillegg ble konsentrasjonen av HEC redusert for å hindre geldannelse på grunn av den høye konsentrasjon av vann i systemet. Det flytende viskositsmiddel ifølge eksempel IV ble fremstilt for å gjøre alle klargjøringsvæsker viskøse innen densitetsområdet fra 1,2 til 2,3 kg/l. Blandingen ifølge eksempel IV var lig-nende den ifølge eksempel II, bortsett fra at ethylenglykol ble erstattet med oktanol og at HEC-innholdet ble øket med 5 vekt%. Det flytende viskositetsmiddel ifølge eksempel IV er i tillegg til at det er mer effektivt enn det flytende viskositetsmiddel ifølge eksempel II, også mer hellbart. De relative vektprosen-ter for dette flytende viskositetsmiddel er gjengitt i

Tabell IX.

Fluidflyt-karakteristikaene for klargjøringsfluider er ikke-Newtonske. De effektive viskositeter som påtreffes ved en gitt skjærhastighet behøver derfor ikke å tas i betrakt-ning. Fann-35-avlesningene kan omvandles til viskositet ved å anvende visse omvandlings f aktorer. For eksempel er for CaCl,,-fluider gjort viskøse med 4,54 kg/fat av eksempel IV (Tabell X) de virkelige viskositeter ved 100 rpm og 3 rpm heholdsvis 480 cp og 4300 cp.

Rheologidataene for eksempel IV er angitt i

Tabell XI.

Eksempel V

Metoden for fremstilling av et annet flytende viskositetsmiddel er identisk med den ifølge eksempel I. Selv om det flytende viskositetsmiddel ifølge eksempel IV er effektivt for både enkelt- og tosaltsfluider, er blanding i 2 timer nød-vendig for å oppnå en akseptabel viskositet i tosaltfluidene. For dessuten å øke solvateringen av HEC i systemet ble 15 vekt% N-methyl-2-pyrrolidon tilsatt og konsentrasjonen av HEC minsket. Det flytende viskositetsmiddel ifølge eksempel V er beregnet å skulle gjøre både enkelt- og tosaltsoppløsninger viskøse som inneholder kalsium- og sinkioner innen densitetsområdet av fra 1,4 til 2,3 kg/l. Vektprosentene for dette viskositetsmiddel er gjengitt i Tabell XII»

US = utenfor skala, høyere enn 300

Som det kan sees fra Tabell XIII kan det flytende viskositetsmiddel ifølge eksempel V gjøre alle enkelt- og to-saltskalsium- og -sinkfluider viskøse i løpet av 1 time til ca. 200 cp ved 300 rpm.

Rheologidataene for viskositetsmidlet ifølge eksempel V er presentert i Tabell XIV.

Flytekarakteristikaene for fluidene gjort viskøse med eksempel V innenfor de skjærhastighetsområder som normalt påtreffes i ringrommet i et brønnhull (5 - 170 sek kan uttryk-kes ved kraftlovmodellen:

hvori t er skjærspenningen, y skjærhastigheten, K en propor-sjonalitetskonstant og n et mål på avvik for et fluid fra Newtonsk oppførsel. For det spesielle tilfelle at n = 1, er fluidet Newtonsk, og K er da lik viskositeten \ i.

Ligningen (1) kan presenteres i " 'følgende form:

Vi benyttet rheologidataene for 1,6 kg/l CaBr2/CaCl2-fluid (Tabell XIV) og beregnet verdier for skjærspenning, x, og skjærhastighet, Y-

En logaritmisk avsetning av x i forhold til y ga en linje med n = 0,4 og K = 100. Det rettlinjede forhold og verdien på 0,4 for n antyder at fluidet er skjærtynnende eller pseudoplastisk (for Newtonsk fluid n = 1).

Symbolet K kalles for konsistensindeksen og antyder fluidets pumpbarhet eller generelle tykkelse og er lik fluidets viskositet ved y = 1,0 sek ^.

Tabell XIV gir den tilsynelatende viskositet, den plastiske viskositet og den konvensjonelle flytegrense under anvendelse av de data som er gitt i Tabell XIII.

Sammenligning mellom viskositetsmiddelsystemer i eksempler I- V

Når resultatene presentert i Tabeller I - XIV vurde-res, kan det konkluderes med at de flytende viskositetsmidler ifølge eksempel III og eksempel V er de mest effektive viskositetsmidler for fluider innen densitetsområdet av fra 1,2 til 2,3 kg/l selv om de andre kan anvendes. Det flytende viskositetsmiddel ifølge eksempel III bør anvendes for natriumklorid-, kalsiumklorid- og natriumbromidfluider (densitetsområde fra 1,2 til 1,5 kg/l), mens det flytende viskositetsmiddel ifølge eksempel V er mest effektivt i kalsiumklorid-, kalsiumbromid-, kalsiumbromid/kalsiumklorid- og sinkbromid/kalsiumbromidfluider (densitetsområde fra 1,2 til 2,3 kg/l). Tabeller XV og XVI presenterer rheologidataene for forskjellige fluider gjort viskøse med 2,27,3,4 og 4,54 kg ffat av det flytende viskositetsmiddel ifølge eksempel III og det flytende Viskositetsmiddel ifølge eksempel V.

Tabeller XV og XVI gir en veiledning for valg av korrekt viskositetsmiddelkonsentrasjon for en spesiell anvendelse. Som disse data antyder er området av fra 2,27 til 4,54 kg/fat

for konsentrasjonen for de flytende viskositetsmidler ifølge eksempel III og eksempel V tilstrekkelig for de fleste anvendelser som påtreffes ved bore- og ferdiggjøringsopera-sjoner.

Eksempel VI

Sammenligning av de flytende viskositetsmidler ifølge eksempel III og eksempel V med andre viskositetsmidler under anvendelse av HEC

Viskositetsmiddelsystemene ifølge den foreliggende oppfinnelse kan sammenlignes med LIQUI-VIS og BROMI-VIS som er HEC-viskositetsmidler som er tilgjengelige i handelen fra NL-Baroid. LIQUI-VIS antas å være 25 vekt% HEC i dieselolje. BROMO-VIS er 20 vekt% i isopropanol. LIQUI-VIS er bare moderat effektivt i natriumklorid-, kalsiumklorid- og natriumbromidfluider (densitetsområde fra 1,2 til 1,5 kg/l). For å oppnå noen som helst viskositetsgjøring i natriumklorid- og natriumbromidfluider må pH for LIQUI-VIS reguleres til 8-9 før viskositetsmidlet tilsettes. LIQUI-VIS gjør ikke kalsiumbromid-og kalsiumbromid/kalsiumkloridfluider viskøse i det hele tatt.

BROMI-VIS gjør bare kalsiumbromid- og kalsiumbromid/ kalsiumkloridfluider og ikke natriumklorid- eller natrium-bromidoppløsninger viskøse. Det danner også en hård gel som gjør anvendelsen av dette noe vanskelig.

OSCA-VIS som er et viskositetsmiddel som er tilgjengelig i handelen fra Oilfield Service Corporation of America, inneholder 10 vekt% HEC solvatert med ethylenglykol. Ved 4,54 kg/fat er det bare moderat effektivt i kalsiumbromid/kalsium-kloridf luider . For å gjøre OSCA-VIS effektivt i natriumklorid-og natriumbromidfluider er det nødvendig å regulere pH til 8 - 9 og anvende konsentrasjoner av viskositetsmiddel av 13,6 - 18,1 kg/fat.

Tabell XVII presenterer sammenligningsrheologidataene for saltoppløsninger gjort viskøse med 4,54 kg/fat av viskositetsmiddelsystemene ifølge den foreliggende oppfinnelse og av kommersielle viskositetsmidler. Det er klart fra Tabell XVII at de flytende viskositetsmidler ifølge eksempel III og eksempel V er overlegne i forhold til andre produkter.

Dataene i Tabell XVII viser klart:

(1) BROMI-VIS og OSCA-VIS ved 4,54 kg/fat gjør ikke NaCl-og NaBr-fluider viskøse, mens det flytende viskositetsmiddel ifølge eksempel III i den samme konsentrasjon oppviser høye verdier for traktviskositet, tilsynelatende viskositet, pias-

tisk viskositet og konvensjonell flytegrense.

(2) bare etter regulering av pH kan LIQUI-VIS gjøre NaCl-og NaBr-fluider viskøse. Det flytende viskositetsmiddel ifølge eksempel III gjør NaCl og NaBr viskøse uten noen pH-regulering, og de oppnådde viskositeter er høyere enn dem som ble oppnådd

med andre produkter.

(3) BROMI-VIS er ikke effektivt i CaCl2~fluid. Selv om OSCA-VIS og LIQUI-VIS kan gjøre CaCl2viskøst, er verdiene betydelig lavere enn dem som ble oppnådd med eksempel III. (4) I CaBr2og alle CaBr2/CaCl2-blandinger oppviser eksempel V høyere rheologi enn alle de andre viskositetsmidler.

Fysikalske eenskaper

Frysepunkter, hellepunkter og flammepunkter er blitt bestemt for viskositetsmidlene både ifølge eksempel III og eksempel V. Disse data er gitt i Tabell XVIII. Begge viskositetsmidler var stabile over en periode på 7 døgn i løpet av sykluser fra 27 til -1° C og fra 27 til 60°.

Temperatur/ viskositetsprofil

For å fastslå viskositetsforandringer som en funksjon av temperaturen ble fluidene gjort viskøse med viskositetsmidlene ifølge eksempel III og eksempel V, og temperatur/visko-sitetsprof ilene ble oppnådd under anvendelse av et Fann-50-viskosimeter. Dataene er presentert i Tabell XIX.

Resultatene ifølge Tabell XIX antyder at ved en skjærhastighet på 170 sek ^ og værelsetemperatur er de effektive viskositeter for disse fluider mellom 350 og 560 cp. Viskosi-tetsf orandr ingen som funksjon av temperaturen og tiden er gradvis, og fluidene bevarer en viskositet av 100 cp ved 93,3° C som forventet for et hvilket som helst HEC-basert viskositetsmiddel.

Viskositetsgjøring av kasliumfrie fluider med viskositetsmiddel ifølge eksempel V

Klare bore- og ferdiggjøringsfluider kan også anvendes i brønner som inneholder underjordiske carbonater og sul- fater. Dessverre har anvendelse av kalsiumioneholdige klare fluider i disse typer av brønner ført til formasjonsbeskadigel-se forårsaket av utfelling av kalsiumcarbonat og kalsiumsulfat fra de klare fluider. I enkelte tilfeller er natriumbromid-fluid blitt anvendt istedenfor kalsiumioneholdige fluider i forholdsvis grunne brønner i hvilke høye formasjonstrykk ikke påtreffes. Mer nylig er imidlertid sulfat- og carbonatholdige brønner blitt oppdaget som krever anvendelse av bore- og ferdig-gjøringsfluider med fluiddensiteter godt over dem for natriumbromid (dvs. innen densitetsområdet 1,68 - 2,40 kg/l). Den samtidig svevende patentsøknad nr. 892 155, inngitt 30 juli 1986, beskriver en rekke kalsiumfrie fluider for anvendelse som oljefeltferdigjørings-, paknings- og -perforeringsmedia. Disse kalsiumfrie fluider fremstilles ved å blande sinkbromid eller sinkklorid med alkalimetallhalogenider (NaCl, NaBr, KC1, BRb, LiCl ogLiBr) og vann. Disse kalsiumfrie fluider fremstilles fortrinnsvis ved å blande sinkbromid med alkalimetallbromider

(NaBr, KBr og LiBr) og vann. Disse fluider har densiteter innen området fra 1,0 til 2,5 kg/l og pH-verdier innen området fra 1,0 til 7,5. Konsentrasjonsområdene for sinkbromid og alkalimetallbromider i disse fluider er henholdsvis 4-77 vekt% og 2 - 55

vekt%.

De kalsiumfrie fluider beskrevet i patentsøknad nr. 892 155 kan lett gjøres viskøse med viskositetsmidlet ifølge eksempel V. Tabeller XX og XXI presenterer traktviskositets-og rheologidata for forskjellige sinkbromid/natriumbromid- og sinkbromid/kaliumbromidfluider gjort viskøse med det flytende viskositetsmiddel ifølge eksempel V.

Disse data viser at viskositetsmidlet ifølge eksempel V i en konsentrasjon av 1,8 kg/l er et effektivt viskositetsmiddel for de sinkioneholdige kalsiumfrie fluider i densitetsområdet fra 1,8 til 2,2 8 kg/l. Sinkbromid/kalsiumbromid-fluider innen densitetsområdet fra 1,8 til 2,0 kg/l er vanske-lige å gjøre viskøse, tilsynelatende på grunn av strukturmessi-ge forandringer i oppløsningsmidlet og det oppløste materiale forårsaket av de forskjellige konsentrasjonsforhold mellom halo-genid- og sinkioner. Dataene i Tabeller XIX og XX antyder klart effektiviteten av viskositetsmidlet ifølge eksempel V i kalsiumfrie fluider. Kalsiumfrie fluider gjort viskøse med eksempel

V byr derfor på nye fluider innen densitetsområdet av fra 1,8 til 2,0 kg/l som er blitt gjort viskøse.

Claims (8)

1. Et viskositetsgjørende materiale for vandige alkali-og jordalkalimetall- og sinkhalogenidsaltoppløsninger anvendt for boring og fullføring av olje- og gassbrønner,karakterisert vedat det omfatter 2 0 til 35% av en viskositetsbevirkende hydrofil polymer valgt fra gruppen bestående av hydroxyethylcellulose og carboxymethylcellulose, 30 til 55% mineralolje, 3 til 6% av minst ett oljeoppløselig, ikke-ionisk, over-flateaktivt middel, 10 til 40% av minst ett flytende polart oppløsningsmiddel i hvilket den hydrofile polymer er oppløselig,idet oppløsnings-midlet er emulgert i mineraloljen, og 5 til 15% av et fortynningsmiddel av en langkjedet alifatisk alkohol, alle basert på vekt av materialet.

2. Materiale ifølge krav 1, karakterisert vedat mineraloljen har et viskositetsområde av fra 70 til 350 SSU ved 37,8°C.

3. Materiale ifølge krav 1, karakterisert vedat det ol jeoppløselige,. ikke-ioniske, overflateaktive middel er et medlem valgt fra gruppen bestående av alkylarylpolyetheralkoholer, blokk-copolymerer av ethylen- og propylenoxyder og polyethylenglykol-fettsyreestere, og blandinger derav.

4. Materiale ifølge krav 1, karakterisert vedat det flytende polare opp-løsningsmiddel er et medlem valgt fra gruppen bestående av alkoholer, alifatiske glykoler, N-methylpyrrolidon, vann og blandinger derav.

5. Materiale ifølge krav 1, karakterisert vedat det ytterligere omfatter organofil leire.

6. Et klart fluid med høy densitet og gjort viskøst og tilpasset for anvendelse som et brønnfullførings-,-paknings-og -perforeringsmedium, karakterisert vedat det omfatter en vandig oppløsning av minst ett medlem valgt fra gruppen bestående av alkali- og jordalkalimetall- og sinkhalogenider med en densitet som ligger innen området fra 1,2 til 2,3 kg/l, og et viskositetsgjørende materiale omfattende: 20 til 35% av en viskositetsbevirkende hydrofil polymer valgt fra gruppen bestående av hydroxyethylcellulose og carboxymethylcellulose, 30 til 35% mineralolje, 3 til 6 % av minst ett oljeoppløselig, ikke-ionisk over-flateaktivt middel, 10 til 40% av minst ett flytende po&rt oppløsnings-middel i hvilket den hydrofile polymer er oppløselig,idet oppløsningsmidlet er emulgert i mineraloljen, og 5 til 15% av et fortynningsmiddel av en langkjedet alifatisk alkohol, alle basert på materialets vekt.

7. Et fluid ifølge krav 6, karakterisert vedat den vandige oppløsning omfatter et medlem valgt fra gruppen bestående av natriumklorid, natriumbromid, lithiumbromid, kalsiumklorid, kalsiumbromid, sinkbromid og blandinger derav.

8. Fremgangsmåte for fullføring- eller restaurering av brønner hvori et fluid med høy densitet injiseres i brønnen for å utøve tilstrekkelig hydrostatisk trykk til å kontrollere brønnen, karakterisert vedat den omfatter anvendelse av det klare fluid ifølge krav 6 som er blitt gjort viskøst.