NO178979B - Fremgangsmåte for behandling og frakturering av underjordiske formasjoner - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for vesentlig hindring av adsorpsjonen av polysakkarider eller fjerning av polysakkarider fra leireoverflater i underjordiske formasjoner, hvilke polysakkarier er til stede som et resultat av grus-pakkings-, frakturerings- eller andre behandlings-fluider, ved å bringe formasjonen i kontakt med et behandlingsfluid inneholdende minst en forbindelse valgt fra gruppen bestående av tetraalkylammonium-halogenider hvor alkylradlkalet er valgt fra metyl-, etyl-, propyl— og butylradikaler og trimetylammonium-halogenider som er til stede i en mengde som er tilstrekkelig til i vesentlig grad å fjerne eventuelle polysakkarider som er adsorbert av nevnte leirer hvorved formasjonspermeabiliteten vesentlig opprettholdes.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for behandling og frakturering av underjordiske formasjoner inneholdende leirer.

Hydraulisk frakturering er vanlig benyttet for å øke produksjonen av fluider fra en underjordisk formasjon. Hydraulisk frakturering innebærer injeksjon av et egnet fraktureringsfluid ned i en brønn som gjennomtrenger en formasjon og inn i formasjonen under tilstrekkelig trykk til å skape en sprekk eller fraktur i formasjonen. Den dannede sprekken eller passasjen letter strømmen av fluider gjennom formasjonen og inn i brønnen.

I en typisk fraktureringsbehandling blir et partikkelformig proppemiddel slik som sand, sintret bauxitt, glassperler, aluminiumoksyd, harpiksbelagt sand eller lignende, innført i den dannede frakturen for å hjelpe og holde frakturen som i det minste delvis er proppet i en åpen stilling. Den prop-pede, åpne passasjen forbedrer videre strømmen av for-mas j ons-fluider . For å lette transport av proppemateriale inn i de dannede frakturene, blir fraktureringsfluidene typisk gjort viskøse med ett eller flere av de forskjellige velkjente, polysakkarid-geleringsmidlene. Geleringsmiddelet gir viskositet til fluidet og tillater derved forbedret proppemiddeltransport, og reduserer fluidtap fra frak-turer ingsfluidet til formasjonen. Etter hvert som det gelerte fraktureringsfluidet innføres i kontakt med den underjordiske formasjonen, så lekker en del av fluidet ut i formasjonen. Etter hvert som fluidet lekker ut i formasjons-matrisen, så avsettes geleringsmiddelet på overflaten av den dannede fraktur og konsentreres derpå ved filtreringsvirkning etter hvert som ytterligere fluid lekker ut i formasjonen. Geleringsmiddelet blir ofte blandet med et tverrbindemiddel for ytterligere å fremme fraktureringsfluidets viskositet.

Kombinerte fraktursurgjøringsprosesser er også velkjent i teknikken. Ved slike prosesser blir en vandig syre blandet med et egnet viskositetsregulerende middel og benyttet i for-mas jonsbehandl ingen, hvilket resulterer i forbedret formasjonspermeabilitet. Ved avslutning av fraktureringsbehand-1 ingen får frakturen lukke seg rundt proppemiddelet, og i det minste en del av behandlingsfluidet blir vanligvis ført til-bake til overflaten for fjerning. For å lette returnering av det viskositetsregulerte fluidet blir additiver som vanligvis refereres til som "brytere", inkludert i fluidet ved reaksjon med polysakkarid-geleringsmiddelet som er til stede i fluidet.

Det har blitt funnet at når den underjordiske formasjonen inneholder leirer slik som smektitt, illitt, kaolinitt, kloritt og blandede leirelag, o.l., så kan geleringsmiddelet adsorberes av leirene under behandlingen av formasjonen og resultere i en betydelig reduksjon i formasjonspermeabilitet. Polysakkarid-geleringsmiddelet adsorberes på de små plate-elementene av leire mellom lagene, sveller leirestrukturen og reduserer formasjonens permeabilitet.

Det ville være ønskelig å tilveiebringe en fremgangsmåte hvorved de adsorberte polysakkaridene kan fjernes fra leirene og derved øke formasjonspermeabiliteten.

Ifølge oppfinnelsen er det således tilveiebragt en fremgangsmåte for fjerning av et polysakkarid adsorbert på en leire som befinner seg i en underjordisk formasjon, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at man injiserer et vandig behandlingsfluid i en underjordisk formasjon, idet fluidet innbefatter minst 0,05 vekt-$ av et fluid additiv innbe-fattende minst en forbindelse valgt fra gruppen av tetra-alkylammoniumhalogenider hvor alkylgruppen er valgt fra metyl-, etyl-, propyl- og butylradikaler og trimetylammonium-halogenid, og opprettholder nevnte behandlingsfluid i den underjordiske formasjonen og i kontakt med nevnte leire i en tid som er tilstrekkelig til å fjerne i det minste en del av det adsorberte polysakkaridet fra leiren.

Additivet blandes med behandlingsfluidet i en effektiv mengde hvorved polysakkarider i det minste delvis hindres i å adsorberes på leirene eller delvis fjernes etter å ha blitt adsorbert hvorved formasjonspermeabiliteten forøkes.

Hydraulisk frakturering har blitt benyttet i mange år for å stimulere produksjonen av olje, gass eller andre formasjons-fluider fra underjordiske formasjoner. Ved hydraulisk frakturering blir et egnet fluid innført i en underjordisk formasjon gjennom et brønnhull under betingelser med strømnings-hastighet og trykk som i det minste er tilstrekkelig til å skape eller forlenge en fraktur i en ønsket del av formasjonen. Fraktureringsfluidet bærer normalt i seg et proppemiddel som presses inn i frakturen eller frakturene for derved å hindre formasjonen i å lukke seg fullstendig når tryk-ket frigjøres. Forskjellige fluider har blitt benyttet ved hydraulisk frakturering, men de fleste fluidene som benyttes i dag, er vannbaserte væsker.

Fraktureringsfluidet fremstilles ved blanding av en mengde av et solvatiseringsdyktig polysakkarid-geleringsmiddel med en vandig væske. De solvatiseringsdyktige polysakkaridene innbefatter galaktomannangummier, glukomannangummier, cellulose-derivater, o.l. Eksempler på egnede polysakkarider innbefatter guargummi, hydroksypropylguar, karboksymetylcellulose, hydroksyetylcellulose, karboksymetylhydroksyetylcellulose og karboksymetylhydroksypropylguar.

Videre er det ifølge oppfinnelsen tilveiebragt en fremgangsmåte for frakturering av en underjordisk formasjon under vesentlig hindring av permeabilitetsskade som et resultat av adsorpsjon av polysakkarider i et fraktureringsf luid av leirer som er til stede i formasjonen, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at man fremstiller et fraktureringsf luid omfattende et vandig fluid, et solvatiserbart polysakkarid-geleringsmiddel som kan gjøre det vandige fluidet viskøst og et fluid additiv omfattende minst en forbindelse valgt fra gruppen av tetraalkylammoniumhalogeni-der hvor alkylgruppen er valgt fra metyl-, etyl-, propyl- og butylradikaler og trimetylammoiumhalogenider som er til stede i en mengde på minst 0,05 vekt-% av det vandige fluidet; og innfører nevnte fraktureringsfluid i en underjordisk formasjon ved en hastighet og et trykk som er tilstrekkelig til å skape minst en fraktur i formasjonen hvorved adsorpsjon av polysakkarider på leiren som er til stede i den underjordiske formasjonen i det vesentlige hindres, og formasjonspermeabiliteten blir ikke vesentlig svekket ved slik adsorpsjon .

Ved denne fremgangsmåten er det slik at formasjonspermeabiliteten såldes kan opprettholdes og endog forøkes. Nevnte halo-genid kan omfatte fluor, klor, brom eller iod. De foretrukne halogenider er klor eller brom. Yteevnen til ovennenvte additiv er upåvirket av motion (anion)-grupper som er til stede i additivet. Det skal forstås at sulfater, nitrater, o.l. også kan benyttes.

Fluidadditivet er egnet for bruk i vesentlig et hvilket som helst behandlingsfluid hvori et geleringsmiddel er til stede, og hvor behandlingsfluidet vil komme i kontakt med en underjordisk formasjon som inneholder leirer. Det fluide additivet kan f.eks. benyttes i fraktureringsfluider, gruspakkingsfluider, midlertidige avledningsfluider, o.l., hvori et polysakkarid-geleringsmiddel er til stede.

Det fluide additivet blandes med fraktureringsfluidet eller annet behandlingsfluid i en effektiv mengde for vesentlig å hindre polysakkarider i å bli adsorbert på leirer i formasjonen eller for vesentlig å fjerne polysakkarider som tidligere har blitt adsorbert. Det fluide additivet blir blandet med det vandige fraktureringsfluidet eller annet behandlingsfluid i en mengde på minst 0,05 vekt-% av frakturerings- eller be-handlingsf luidet . Mest foretrukket er det fluide additivet til stede i en mengde fra 0,1 til 5 vekt-# av fraktureringsfluidet eller annet behanlingsfluid.

Fluidadditivet kan behandles med fraktureringsfluidet eller annet behandlingsfluid ved et hvilket som helst tidspunkt før kontakt av fluidet med den underjordiske formasjonen. Ved at fluidadditivet lett er tilgjengelig som enten et partikkelformig fast stoff eller en flytende oppløsning, så lar det seg lett blande med bestanddelene i fraktureringsfluidet eller annet behandlingsfluid og påvirker ikke på skadelig måte hydratisering av eventuelt polysakkarid-geleringsmiddel.

Bruken av fluide additiv er særlig fordelaktig i stimu-ler ingsbehandl inger som foretas med flytende gelkonsentrater slik som f.eks. de som er beskrevet i US patenter 4.312.675, 4.435.217, 3.894.880, 3.894.879 og 4.466.890. Det fluide additivet er effektivt når det gjelder å behandle en underjordisk formasjon når det transporteres i et bærerfluid slik som et fraktureringsfluid som enten har en sur, alkalisk eller nøytral pH-verdi.

Det fluide additivet kan blandes med bestanddelene eller det vandige, flytende gelkonsentratet under dets fremstilling, hvorved det forblir lagringsstabilt eller blandes med gelkonsentratet når det geldannede fraktureringsfluidet til-beredes ved innføring i en blandebeholder eller blander sammen med de andre fluide fraktureringsadditivene. Det fluide additivet synes ikke å ha noen signifikant ufordel-aktig effekt på hydratiseringen eller flytegrensen til geleringsmiddelet som benyttes for å fremstille fraktureringsf luidet .

For å illustrere effektiviteten til de fluide additivene når det gjelder å hindre vesentlig permeabilitetsreduksjon av polysakkarid som er adsorbert fra fluidet på leirer ved kontakt av et vandig fluid med en formasjon, gis følgende eksempler. Alle mengder, andeler og prosentangivelser er beregnet på vekt, og alle tester ble foretatt ved romtemperatur (23,8°C) med mindre annet er angitt.

Eksempel I

For å demonstrere evnen til det ifølge oppfinnelsen benyttede additiv når det gjelder å fjerne polysakkarider fra leire-partikler, ble følgende adsorpsjonstester foretatt. Prøver ble fremstilt ved å ta 10 ml av en 3% smektittoppslemming som var blandet med 40 ml av basisfluidet angitt i tabell I inneholdende geleringsmidlene som er identifisert i tabellen. Smektittoppslemmingen ble fremstilt ved blanding av 3 vekt-# smektitt med deionisert vann. Testing ble deretter foretatt ved 23,9°C, og 82,2°C. Testene ved 82,2°C benyttet et vannbad med konstant temperatur. Prøvene som inneholdt regulerings-middel, ble blandet med en tilstrekkelig mengde av enten en enzymbryter eller en oksydasjonsbryter slik som en persulfat-bryter eller lignende for å oppnå et gelbrudd i løpet av 4 timer ved testtemperaturen.

Etter 24 timer ble de fluide prøvene sentrifugert, væsken avdekantert og de faste stoffene ble dispergert i deionisert vann. Prøvene ble deretter på nytt sentrifugert, deionisert vann avdekantert og smektittkomplekset dispergert i 15 ml deionisert vann. Et orientert leire-slide ble preparert ved anbringlse av 1,0 ml av det dispergerte komplekset på et polert metall-slide som fikk tørke ved romtemperatur. Røntgendiffraksjonsanalyser ble foretatt på hver lufttørkede prøve på et Philips APD 3600 dif f raktometer ved bruk av kobberbestråling. Instrumentinnstilling for ADP-3600 apparatet var som følger:

Resten av hver smektittkompleksprøve ble deretter blandet med det respektive basisfluid og vasket fire ganger med basisfluidet. Prøvene ble deretter vasket med deionisert vann, dispergert i 15 ml deionisert vann og et slide preparert som beskrevet ovenfor. Det gjenværende, dispergerte smektitt-kompleks ble deretter vasket fire ganger med det respektive basisfluid hvortil var tilsatt det ifølge oppfinnelsen benyttede fluide additiv i en mengde ekvivalent med 5 liter (50$ aktiv) pr. 1.000 liter vann i basisfluidet. Etter en sluttlig vasking med deionisert vann ble det preparert et slide som er beskrevet ovenfor, og røntgendiffraksjonsanalyse ble foretatt på prøveslidene. Resultatene er angitt i nedenstående tabell II.

1. Forholdet representerer et proporsjonalitetsforhold for de relative mengder av gel-smektittformen i omplekset til middel-smektittformen skapt ved kontakt med fluidadditivet som benyttes ifølge foreliggende oppfinnelse eller kationet i basisfluidet som et resultat av integrering av topparealene for kompleksenes røntgendiffraksjonsdata.

De foregående proporsjonalitetsdata illustrerer tydelig at det benyttede fluidadditiv hindrer adsorpsjon av polysakkarid-geleringsmidler av leire, og vil fjerne tidligere adsorberte polysakkarider fra interlagområdet i leirene. Proporsjonalitetsforholdet gir et mål på effektiviteten for erstatning av polysakkaridet med behandlingsmiddelet. Denne verdien er et forhold for netto diffraksjonstoppareale for middel-smektitt til summen av netto diffraksjonstoppareal for gel-smektitt og middel-smektitt. En verdi på null indikerer ingen fjerning av polysakkaridet fra smektittleiren. En verdi på 1,00 indikerer fullstendig fjerning av polysakkaridet fra interlagområdet i leirepartiklene. I mot-setning til det i foreliggende oppfinnelse benyttede fluidadditiv, så inhiberte KC1 og NH4C1 ikke adsorpsjon av polysakkaridet og viste ingen evne til å fjerne adsorbert polysakkarid fra interlagområdet i smektittleiren.

Eksempel II

For å illustrere effekten av additivet som benyttes ifølge oppfinnelsen på formasjonspermeabilitet ble følgende tester for retensjon av strømningshastighet utført.

Strømningstester ble foretatt gjennom sandpakker inneholdene 85$ Oklahoma nr. 1 sand, 10% silisiumdioksydmel og E% Wyoming-bentonittleire, beregnet på vekt. Automatisert testutstyr ble benyttet for å minimalisere operatøreffekter, og alle tester ble foretatt ved 62,8°C. I hver test fikk sandpakkene likevektsinnstilles til testtemperaturen, og begynnelsespermeabiliteten til pakken ble bestemt under anvendelse av API-saltoppløsning. Deretter ble pakken be-handlet med 200 ml av en behandlingsoppløsning, og en retur-permeabilitet for API-oppløsning ble bestemt. 400 ml av et vaskefluid ble deretter ført gjennom pakken fulgt av en endelig bestemmelse av permeabilitet for API-oppløsning.

Den første testen benyttet en behandlingsoppløsning inneholdende 50 liter/1000 liter vandig hydroksypropylguar som hadde blitt brutt med 12 g av en enzymbryter/1000 liter vandig oppløsning ved 37,8°C i ca. 16 timer. Behandlings-oppløsningen inneholdt også 4 vekt-# kaliumklorid. Det høye kaliumkloridnivået ble benyttet for å sikre at bentonitt-leiren bibeholdt stabilitet hvorved leiresvelling kunne eli-mineres som en faktor i testmetoden. Den brutte gelen ble filtrert gjennom Whatman nr. 50 papir før innføring i sand-pakken for å fjerne uoppløselige rester. Vaskefluidet var en 4% kaliumklioridoppløsning.

Den andre testen ble foretatt på samme måte som den første testen med unntagelse for at behandlingsoppløsningen også inneholdt 5 liter/1000 liter vann av en 50$ aktiv oppløsning av tetrametylammoniumkloridadditivet. Vaskefluidet inneholdt også nevnte additiv i en mende av 5 liter/1000 liter vann.

Den tredje testen ble utført på samme måte som den første testen med unntagelse for at foreliggende additiv var til stede bare i vaskef luidet i en mengde på 5 liter/1000 liter vann.

Resultatene av strømningshastighet/retensjonstestene er angitt i nedenstående tabll III.

Resultatene fra testene 2 og 3 viser klart det benyttede fluidadditivs evne til å fjerne adsorberte polysakkarider eller vesentlig hindre polysakkaridadsorpsjon av leirene som er til stede i den simulerte formasjonen. Analoge resulta-ter ville være forventet fra bruken av de andre additivfor-bindelser, som er aktuelle i foreliggende oppfinnelse i den foregående test i betraktning av resultatene i eksempel 1.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for fjerning av et polysakkarid adsorbert på en leire som befinner seg i en underjordisk formasjon, karakterisert ved at man injiserer et vandig behandlingsfluid i en underjordisk formasjon, idet fluidet innbefatter minst 0,05 vekt-# av et fluid additiv innbe-fattende minst en forbindelse valgt fra gruppen av tetra-alkylammoniumhalogenider hvor alkylgruppen er valgt fra metyl-, etyl-, propyl- og butylradikaler og trimetylammonium-halogenid, og opprettholder nevnte behandlingsfluid i den underjordiske formasjonen og i kontakt med nevnte leire i en tid som er tilstrekkelig til å fjerne i det minste en del av det adsorberte polysakkaridet fra leiren.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at fluidadditivet er til stede i en mengde fra 0,1 til 5 vekt-# i behandlingsfluidet.

3. Fremgangsmåte for frakturering av en underjordisk formasjon under vesentlig hindring av permeabilitetsskade som et resultat av adsorpsjon av polysakkarider i et fraktureringsfluid av leirer som er til stede i formasjonen, karakterisert ved at man fremstiller et fraktureringsf luid omfattende et vandig fluid, et solvatiserbart polysakkarid-geleringsmiddel som kan gjøre det vandige fluidet viskøst og et fluid additiv omfattende minst en forbindelse valgt fra gruppen av tetraalkylammoniumhalogeni-der hvor alkylgruppen er valgt fra metyl-, etyl-, propyl- og butylradikaler og trimetylammoiumhalogenider som er til stede i en mengde på minst 0,05 vekt-# av det vandige fluidet; og innfører nevnte fraktureringsfluid i en underjordisk formasjon ved en hastighet og et trykk som er tilstrekkelig til å skape minst en fraktur i formasjonen hvorved adsorpsjon av polysakkarider på leiren som er til stede i den underjordiske formasjonen i det vesentlige hindres, og formasjonspermeabiliteten blir ikke vesentlig svekket ved slik adsorp-s j on.

4 . Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte fluide additiv er til stede i fraktu-rer ingsf luidet i en mengde fra 0,1 til 5 vekt-# av vandig fluid.

5 . Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det fluide additivet er tetrametylammoniumklorid.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det fluide additivet er tetraetylammoniumklorid.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det solvatiserbare polysakkaridet, velges fra guargummi, hydroksypropylguar, hydroksyetylcellulose, karboksymetylcellulose, karboksymetylhydroksyetylcellulose og karboksymetylhydroksypropylguar.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det solvatiserbare polysakkaridet velges fra gruppen bestående av galaktomannangummier, glukomannangummier og derivatisert cellulose.

9 . Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at det fluide additivet er tetrapropylammoniumbromid.

10. Frengangsrcate ifalfie krav 3. karakterisert ved at det fluide additivet er trtaetyla^oniumkiorid.