NO176586B - Fremgangsmåte for selektiv reduksjon av vanninnströmning fra en olje- eller gassproduserende formasjon mot en produksjonsbrönn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse gjelder en fremgangsmåte for selektiv reduksjon av vanninnstrømning fra en olje- eller gassproduserende formasjon mot en produksjonsbrønn uten negativ virkning på olje- eller gassproduksjonen. Denne fremgangsmåten er basert på injeksjon i formasjonen fra nevnte produksjonsbrønn av en vandig dispersjon eller løsning av et ikke-hydrolysert polyakrylamid eller av en ikke-hydrolysert akrylamidkopolymer, fulgt av en basisk alkalimetallforbindelse, f.eks. et hydroksyd, karbonat, fosfat, alkoholat eller silikat for hydrolyse in situ av nevnte polyakrylamid eller kopolymer.

Vann, som en saltløsning, forekommer ofte i olje- eller gass-holdige formasjoner. Når olje- eller gass-holdige reservoarer bringes i produksjon, resulterer dette i samtidig strøm i produksjonsbrønnen av vann i en slik mengde at det raskt oppstår store vanskeligheter: Dannelse av avsetninger i brønnområdet eller i røret, økning av korrosjon i bunn- eller overflatemetalldeler, økning av de pumpede, overførte eller lagrede fluidmengder, dannelse av emulsjoner med olje, som noen ganger er vanskelig å bryte på overflaten, stans i produksjonen av de brønner som bare kan produsere ved natur-lig erupsjon.

Mange fremgangsmåter for reduksjon av vanninnstrømning i produserende brønner er foreslått og testet på feltet. De består generelt i å plassere en ugjennomtrengelig barriere bestående eksempelvis av sementer, harpikser, suspensjoner eller faste partikler i formasjonen ved kontaktflaten mellom vannet og oljen eller gassen. Disse pluggemidlene har den ulempe at de blokkerer olje eller gass nesten like mye som vann, spesielt når vanninnstrømningen er resultatet av det såkalte koningsfenomenet.

Nylig er det foreslått å anvende vannløselige polymerer, spesielt hydrolyserte polyakrylamider og forskjellige poly-sakkarider, eventuelt tverrbundet med salter av flerverdige, f.eks. treverdige, ioner som f.eks. krom- og aluminiumioner. Det er først observért at mens denne tverrbindingen som mer eller mindre kompakte geler effektivt resulterer i avbrytelse eller reduksjon av vanninnstrømning, har den imidlertid den ulempe at den også i stor grad reduserer olje- eller gass-produksj onen.

Blant de vannløselige polymerene anvendes polyakrylamider, spesielt hydrolyserte polyakrylamider, for tiden for å hindre vanninnstrømning i produksjonsbrønner. Deres operasjons-mekanisme anses å være den følgende: Polymeren, som er inji-sert i det porøse mediet som vandig løsning, adsorberes ved den faste overflaten og reduserer det porøse mediets pore-diameter ved å svelle i kontakt med vann. Polymerene er således i stand til å minske vannstrømmen. Ikke-vandige fluider som f.eks. olje eller gass, sveller i motsetning til dette ikke de adsorberte makromolekylene, som derfor gir fri bane for strømmen av disse fluidene.

US-patent 3 3 08 885 beskriver bruken av hydrolysert polyakrylamid ved produksjon av vann. Metoden er ikke helt til-fredsstillende, spesielt i forbindelse med en formasjon med høy permeabilitet for vann. Slike formasjoner krever faktisk bruk av høye polymerkonsentrasjoner, hvilket resulterer i vanskeligheter med å injisere de oppnådde, meget viskøse løsningene. I denne type av porøst medium er på den annen side innholdet av leire relativt lavt, og derfor også av adsorberende steder, og polymeradsorpsjonen blir vanske-ligere.

US-4 095 651 overvinner noen av disse svakhetene ved å anbefale dispergering av det hydrolyserte polyakrylamidet i vann med høyere saltinnhold enn saltinnholdet i det produserte vannet. Økningen i ionestyrke i det vann som oppløser polymeren, har som virkning å redusere viskositeten til de injiserte løsningene, hvilket også reduserer pumpevanskelig-hetene, og muliggjøre en høyere adsorbsjon av det hydrolyserte polyakrylamidet til veggen i de porøse mediene. Bruken av et injeksjonsvann med høyere saltinnhold enn saltinnholdet i produksjonsvannet, krever imidlertid tilsetning av store saltmengder og resulterer ofte i uforenligheter mellom fluid og fluid og fluid og formasjon.

Formålet med foreliggende oppfinnelse er å redusere vannproduksjonen i de produserende brønnene uten å minske olje-eller gassproduksjonen.

Fremgangsmåten i følge oppfinnelsen skiller seg fra en fremgangsmåte med øket oljeutvinning, hvor en polymerløsning, generelt i en konsentrasjon i størrelsesorden noen få hundre deler pr. million, injiseres etter eller samtidig med en løsning av en basisk alkalimetallforbindelse, ved et til-strekkelig trykk til å forskyve løsningen inn i formasjonen og således forflytte en del av oljen i nevnte formasjon, idet nevnte del gjenvinnes i såkalte produksjonsbrønner, som er forskjellige fra injeksjonsbrønnene. Det er faktisk velkjent at de vandige løsningene av basiske alkalimetallforbindelser som inneholder en polymer eller skyves av en viskøs polymer-dispersjon, således gir en bedre mobilitetsregulering enn vann eller den basiske løsningen, for å skyve oljen mot produksj onsbrønnen.

Mer spesielt gjelder oppfinnelsen en fremgangsmåte for redusering eller stansing av vanninnstrømninger fra en olje-eller gass-holdig formasjon eller del av formasjon, mot en brønn som går gjennom nevnte formasjon, idet fremgangsmåten omfatter følgende trinn: a) en vandig dispersjon eller løsning av et ikke-hydrolysert polyakrylamid eller av en ikke-ionisk kopolymer av ikke-hydrolysert akrylamid med minst én annen komonomer inj iseres fra brønnen i minst en del av formasjonen, b) en basisk alkalimetallforbindelse med en konsentrasjon 0,001 og 1 mol/liter injiseres i nevnte del av formasjonen

slik at det oppstår betingelser som forårsaker minst en delvis hydrolyse av polyakrylamidet eller av kopolymeren mellom 30 og 100°C,

c) brønnen bringes så igjen i produksjon av olje og/eller gass, og tillater således fluidene i formasjonen å gå gjennom

den del derav som inneholder den adsorberte polymeren. Strømmen av olje og/eller gass gjennom nevnte del av formasjonen, og derfor også hydrokarbonproduksjonen fra brønnen, er ikke vesentlig forskjellig fra deres tidligere verdier før behandling, mens vannproduksjonen reduseres.

Bruken i denne fremgangsmåten av ikke-hydrolysert polyakrylamid eller av ikke-hydrolysert akrylamidkopolymer, fulgt av hydrolyse in situ av polymeren eller kopolymeren, gir følgende fordeler sammenlignet med injeksjonen av allerede hydrolysert polyakrylamid: P.g.a. av deres i det vesentlige ikke-ioniske karakter (mindre enn 10%, fortrinnsvis mindre enn 5 mol% ioniske, gjentatte enheter) er det ikke-hydrolyserte polyakrylamidet eller dets kopolymerer forenlige med mange forskjellige vann-typer, uavhengig av deres spesielle mineralinnhold, spesielt av enverdige eller toverdige ioner, og utvikler en viskositet som er i det vesentlige uavhengig av saltinnholdet. Viskositeten av vandige løsninger av hydrolysert polyakrylamid faller i motsetning til dette raskt med økningen av ione-styrken i det oppløsende vannet, og utfelling, spesielt av toverdige ioner, vil sannsynligvis inntre over et visst innhold av ladede grupper, avhengig av polymerløsningens konsentrasjon, av vannets ionestyrke og sammensetning, som vist i kommunikasjonen til A. Zaitoun og B. Potié ved "société des ingénieurs pétroliers" under referansen SPE 11785 fra juni 1983.

Det ikke-hydrolyserte polyakrylamidet har på den annen side, fortsatt som en følge av dets ikke-ioniske karakter, en øket tendens til å adsorberes på den mest negativt ladede overflate av mineralene i formasjonen, mens det hydrolyserte polyakrylamidet, som selv er negativt ladet i forhold til karboksylgruppeinnholdet i dets molekyl, avstøtes i motsetning til dette mer eller mindre av disse mineralene. Fremgangsmåten er naturligvis mere effektiv jo høyere den spesifikke overflaten til mineralene som danner reservoarformasjonen er. Denne spesifikke overflaten er relativt lav for sandsten og sand med lavt leireinnhold, men relativt høy for mineraler med høyt leireinnhold eller for en karbonholdig formasjon.

Ved etterfølgende hydrolyse av ikke-hydrolysert polyakrylamid som er adsorbert på veggen til det porøse mediet, er det mulig i sin tur lokalt å øke den produserte mengden av hydrolysert polyakrylamid som, ved utvikling av en høyere viskositet, spesielt i bløtt vann, har en tendens til å redusere vannstrømmen mer enn det ikke-hydrolyserte polyakrylamidet gjør. De samme observasjonene gjelder for de ovenfor-nevnte kopolymerene.

Fordelene ved bruk av foreliggende fremgangsmåte er da helt tydelige: Forenlighet av polymeren med produksjonsvannet, som således kan reinjiseres, redusert viskositet ved injeksjonen, høy adsorbsjon til reservoarformasjonen, selektiv svelling i nærvær av vann, p.g.a. hydrolyse av den adsorberte polymer.

Den foretrukne polymer ifølge oppfinnelsen er et ikke-hydrolysert polyakrylamid med høy molekylvekt eller en ikke-hydrolysert ikke-ionisk kopolymer av akrylamid, fortrinnsvis i en mengde mindre enn 50%, med en eller flere komonomerer, som også er ikke-ioniske, fortrinnsvis i en mengde høyere enn 50%, som f.eks. N-vinylpyrrolidon, såvel som forskjellige vinyletere eller -estere, som f.eks. butylmetakrylat, metyl-og glycidylakrylater, vinylacetat, osv. Med "ikke-ionisk" utelukkes nærværet av vesentlige mengder av polyakrylsyre-rester eller deres salter. Polymerkonsentrasjonen i den vandige løsningen er fortrinnsvis så høy som mulig, forutsatt at det er forenlig med saltkonsentrasjonen i mediet. Den er vanligvis fra 200 til 30.000 vektdeler pr. million og fortrinnsvis fra 500 til 5.000 vektdeler pr. million. Polymeren har fordelaktig en høy molekylvekt, f.eks. minst 500.000, fortrinnsvis over 2 X 10<6>.

Det basiske midlets natur er ikke kritisk, men basiske alkalimetallforbindelser, f.eks. ammonium-, natrium- eller kaliumhydroksyder, -karbonater, -fosfater, -alkoholater eller -silikater, vil fortrinnsvis anvendes. De basiske kalium-forbindelsene er foretrukket p.g.a. deres egenskaper når det gjelder å stabilisere leirene i formasjonen. Konsentrasjonen av basisk alkalimetallforbindelse kan variere f.eks. innenfor området fra 0,001 til 1 mol/liter, fortrinnsvis fra 0,05 til 0,5 mol/liter. De høyere konsentrasjonene vil fortrinnsvis anvendes ved lav temperatur og de lavere konsentrasjonene ved høy temperatur.

Polymerhydrolysen ved innvirkning av det basiske middelet

går mer eller mindre raskt. Den er raskere når temperaturen og mengden av alkalisk middel er høyere. Om nødvendig er det mulig ved en forhåndstest, utført i laboratoriet, omtrentlig å bestemme hydrolysetiden og den nødvendige mengde basisk

middel. Temperaturer fra 3 0 til 100°C, f.eks. 50 til 100°C, gir en rimelig rask hydrolyse.

De følgende eksemplene illustrerer de fordeler som oppnås ved hjelp av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen sammenlignet med konvensjonelle fremgangsmåter hvor det anvendes hydrolyserte polyakrylamider.

Eksempler 1 til 3.

En serie tester er utført på tre forskjellige medier for å bestemme innvirkningen av reservoarformasjonens permeabilitet og natur på effektiviteten til fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. En vandig løsning fremstilles først med et ikke-hydrolysert polyakrylamid, AD 10, fremstilt av Rhone-Poulenc Company, med molekylvekt nær 10 X 10<6>, oppløst i konsentrasjon på 2.500 mg/liter (2.500 deler pr. million) i et vann med et saltinnhold på 2 g/l KC1. Den relative viskositeten ved 0 gradient, nro, ble funnet å være lik 30.

Tre forskjellige porøse medier, med på forhånd bestemt permeabilitet for vann, er brukt (tabell I). Den ovenfor fremstilte polymerløsningen injiseres med lav hastighet i hvert porøst medium, som først var mettet med 2 g KC1 pr. liter vann, opptil fullstendig metning av det porøse mediet med polymer. Polymeroverskuddet skylles så med vann som inneholder 2 g KC1 pr. liter, inntil ingen polymer kan på-vises i avløpene fra de forskjellige porøse mediene. Det kan utledes en lavere permeabilitetsverdi for vann for hvert av de porøse mediene og en minskning av permeabiliteten for vann p.g.a. nærværet av polymeren kan beregnes som forholdet mellom opprinnelig permeabilitet og sluttpermeabilitet etter passasje av polymeren. Tykkelsen av det polymersjiktet som adsorberes på det porøse mediet (6") kan beregnes fra verdiene for permeabilitetsreduksjon ved hjelp av følgende forhold:

hvor: rp = den gjennomsnittlige poreradius på ca.

$ = porøsiteten

Rk = permeabilitetsreduksjonen

Så injiseres en vandig 0,1 N KOH-løsning i de forskjellige porøse mediene inntil de er mettet og de porøse mediene plasseres så i tre timer i en ovn som er varmeregulert til 80°C for å hydrolysere polymeren. Som tidligere injiseres så vann med et KCl innhold på 2 g/l inntil avløpene når en i det vesentlige nøytral pH-verdi. Etter hydrolyse av den adsorberte polymeren kan det utledes permeabilitet for vann og beregnet tykkelse på det adsorberte sjiktet. Det observeres i alle testene at permeabilitetsreduksjonene er større med den hydrolyserte polymeren enn med den ikke-hydrolyserte polymeren og øker med leireinnholdet i de porøse mediene, og også at den beregnede tykkelsen på det adsorberte sjiktet i det vesentlige fordobles etter polymerhydrolysen.

Eksempel 4

Dette eksempel har som formål å illustrere teknikkens stand ved en test som simulerer reduksjonen av permeabilitet for vann i en blokk av leireaktig sandsten som oppstår ved injeksjon av et allerede hydrolysert, kommersielt polyakrylamid.

Et hydrolysert polyakrylamid (molekylvekt omtrent 7,5 X IO<6>) som inneholder ca. 30% akrylatgrupper, Pusher 700 fra Dow Chemical, oppløses i en konsentrasjon på 2.500 mg/l i vann inneholdende 2 g KC1 pr. liter (r? r0 = 360) og injiseres i en leireaktig sandsten med de samme egenskaper og ved de samme betingelser som i eksempel 1. Etter injeksjon av polymeren i det porøse mediet forflyttes den ikke-adsorberte polymeren ved hjelp av vann som inneholder 2 g KC1 pr. liter, som i eksempel 1, og den målte permeabilitetsreduksjonen er på 1,8 sammenlignet med den foranstående verdien på 2,6. Det observeres at denne fremgangsmåten ifølge teknikkens stand har en mindre markert effekt enn fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen på nevnte porøse medium med lavt leireinnhold. Tydeligvis ville nevnte forskjell mellom permeabilitetsreduksjonsverdien øke enda mer for medier med høyere leireinnhold.

Eksempel 5

Dette eksempel har som formål å vise innvirkningen av restolje og reduksjonen av permeabiliteten for vann etter anvendelse av fremgangsmåten i følge oppfinnelsen, og virk-ningen av behandlingen på oljestrømmen.

Den samme leireaktige sandstenen som i eksempel 1 mettes med vann som inneholder 2 g/l KC1 og nevnte vann forflyttes så med en raffinert olje med viskositet nær 2 centipoise. Permeabiliteten for olje ved en metning Sw = 50% er da: Ko = 1 /xm<2>. Oljen i det porøse mediet forflyttes så med vann som inneholder 2 g/l KCl opptil en restmetning med olje Sor = 37%. Permeabiliteten for vann i nærvær av restoljen er 0,095 /xm2.

Den samme fremgangsmåte som i eksempel 1 anvendes så ved suksessivt å injisere i det porøse mediet en liten strøm av ikke-hydrolysert polyakrylamid, AD 10, fra Rhone-Poulenc, ved en konsentrasjon på 2.500 mg/l i vann som inneholder 2 g/l KCl, og så 2 g/l vandig KCl opptil fullstendig forflytning av den ikke-adsorberte polymeren. Reduksjonen av permeabiliteten for vann i nærvær av restolje er funnet å være lik 5,5. Denne verdien skal sammenlignes med den permeabilitetsreduksjon på 1,7 som tidligere ble oppnådd i eksempel 1 i fravær av restolje.

Så hydrolyseres det adsorberte polyakrylamidet in situ ved metning av det porøse mediet med 0,1 N KOH. Som i eksempel 1 plasseres det porøse mediet i et lukket rom, varmereguleres ved 80°C i tre timer og baseoverskudd forflyttes så med vann som inneholder 2 g/l KCl. Den målte reduksjon av permeabiliteten for vann etter polymerhydrolysen er funnet å være lik 16, som skal sammenlignes med den verdi på 2,6 som ble oppnådd i eksempel 1.

Endelig injiseres den samme olje som ovenfor i det porøse

mediet og permeabiliteten for olje bestemmes således. Den er funnet å være identisk med den opprinnelige permeabiliteten i fravær av polymer (ved en metning Sw = 50%). Permeabilitets-reduksj onen er således lik 1 og bruken av fremgangsmåten

forandrer ikke oljestrømmen.

Forsøk som er identiske med eksemplene 2 og 3, men utført i nærvær av restolje, bekrefter de ovenstående resultatene, dvs. en ikke-modifisert permeabilitet for olje, men større reduksjoner av permeabilitet for vann i nærvær av restolje etter tilførsel av ikke-hydrolysert polyakrylamid fulgt av hydrolyse av dette in situ.

Eksempel 6

Et forsøk analogt med forsøket i eksempel 5 ble utført for å forberede en feltanvendelse for å redusere vanninnstrømning i en gasslagringsbrønn.

Permeabiliteten for vann og for gass for en leireaktig sandsten som stammer fra det reservoaret som skal behandles, er funnet å være lik 0,420 /xm<2>. Etter innføring av hydrolysert polyakrylamid AD 10 fra Rhone-Poulenc, i en mengde på 2.500 mg/liter i produksjonsvannet (totalt saltinnhold på ca. 1 g/l) og forflytning av det nevnte vann, er reduksjonen av permeabiliteten for vann funnet å være lik 2,8. Polymeren er hydrolysert in situ med 0,5 N KOH i 24 timer ved 35°C, og så forflyttes baseoverskuddet med reservoarvannet. Reduksjonen av permeabiliteten for vann etter polymerhydrolysen er funnet å være lik 7,3.

Under dette forsøket har det vært mulig å vise at gass-produksjonshastigheten (81 liter/time) ikke ble forandret ved polymertilsetningen og dens hydrolyse in situ.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte for selektiv reduksjon av vanninnstrøm-ning fra en olje- eller gasspiroduserende formasjon mot en produksjonsbrønn, karakterisert ved de suksessive trinn at: a) en vandig dispersjon eller løsning av et ikke-hydrolysert polyakrylamid eller av en ikke-ionisk kopolymer av ikke-hydrolysert akrylamid med minst én annen komonomer injiseres fra brønnen i minst en del av formasjonen, b) en basisk alkalimetallforbindelse med en konsentrasjon 0,001 og 1 mol/liter injiseres i nevnte del av formasjonen slik at det oppstår betingelser som forårsaker minst en delvis hydrolyse av polyakrylamidet eller av kopolymeren mellom 30 og 100°C, c) brønnen bringes igjen istand til olje- eller gassproduksjon og den produserte olje eller gass utvinnes.

2. Fremgangsmåte i følge krav 1, karakterisert ved at det som kopolymer anvendes en ikke-hydrolysert kopolymer av akrylamid med N-vinylpyrrolidon eller med en vinylester eller -eter.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det anvendes en vandig dispersjon eller løsning av polyakrylamid eller kopolymer med en konsentrasjon på fra 2,02 til 3 vekt% (200 til 30.000 vektdeler pr. million).

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at det anvendes et polyakrylamid eller en kopolymer med molekylvekt som minst er 500.000.

5. Fremgangsmåte i følge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at det som basisk forbindelse anvendes et natrium- eller kalium-hydroksyd, -karbonat, -fosfat, -alkoholat eller -silikat.

6. Fremgangsmåte i følge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved at det anvendes en alkalimetallhydroksydløsning med en konsentrasjon fra 0,05 til 0,5'mol/liter.