NO20130939A1 - Fremgangsmåte for å redusere koning i oljebrønner ved hjelp av mikro(nano) -strukturerte fluider med kontrollert frigjøring av barrieresubstanser - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse omhandleren fremgangsmåte for å redusere koningen i en oljebrønn av et undergrunnsreservoar begrenset ved en aquifer som omfatter en injeksjonsfase av et mikro(nano)-strukturert fluid med kontrollert frigivelse av barrieresubstanser i nevnte aquifer med dannelsen aven ugjennomtrengelig barriere lokalisert ved olje/vann grenseflaten, kjennetegnet ved at nevnte fluid omfatter en vandig dispersjon av mikrokapsler sammensatt av en kjerne som omfatteren modifiserende substans av den absolutte permeabiliteten av bergformasjonen som inneholder nevnte reservoar, et beskyttende skall som er uløselig i vann som belegger nevnte kjerne. Foreliggende oppfinnelse omhandler også de oven nevnte mikrokapsler og en vandig dispersjon som omfatter de oven nevnte mikrokapsler som skal bli brukt i nevnte fremgangsmåte.

Description

Foreliggende oppfinnelse omhandler en fremgangsmåte for å redusere koningen i oljebrønner ved hjelp av mikro(nano)strukturerte fluider som tilveiebringer den kontrollerte frigivelsen av barrieresubstanser.

Spesielt omhandler foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å begrense vannkoning i oljebrønner basert på in situ dannelsen av en barriere lokalisert ved olje/vann grenseflaten ved injeksjon til undergrunnen av de oven nevnte fluidene.

Foreliggende oppfinnelse omhandler også det oven nevnte mikro(nano)-strukturerte fluidet med kontrollert frigivelse av barrieresubstanser og mikrokapsler som inneholder de oven nevnte barrieresubstansene.

Dannelsen av vannkoning er et fenomen som interesserer ekstraksjonsakti-viteten av hydrokarboner (olje eller naturgass) fra undergrunnsreservoarer ved hjelp av oljebrønner.

Vannkoning er et fenomen knyttet til nærværet av en aquifer som avgrenser reservoaret enten under eller lateralt. Når ekstraksjons-strømningsraten for oljen overskrider en viss grenseverdi, på grunn av forsenkningen dannet ved ekstrak-sjonsaktiviteten, blir vannet i aquiferen trukket oppover i retningen av produksjons-lønnen (i henhold til en kon-formet profil) og blir utvunnet sammen med oljen. Ettersom produksjonen forløper, har mengden vann utvunnet sammen med oljen en tendens til å øke progressivt inntil den tar overtaket over mengden olje produsert.

Produksjonen av olje med høye mengder vann reduserer betydelig ekstraksjonseffektiviteten av oljen fra reservoaret, den øker de totale produksjonskostna-dene (også fordi den krever separasjonen av vannet fra oljen) og skaper til slutt problemet med vannavhending under sikkerhetsbetingelserfor miljøet.

Ulike løsninger til problemet med vannkoning har blitt foreslått i teknikkens stand.

En første løsning blir representert ved retningsboringen av brønner, dvs. boringen av ekstraksjonsbrønner som har trajektorier og kompletteringer spesifikt studert for å redusere koningsfenomener.

En andre løsning er representert ved dannelsen av permeabilitetsbarrierer for vann i den umiddelbare nærhet av brønnen ved injeksjoner inn i undergrunnen av kjemiske forbindelser som er i stand til å modifisere permeabilitetskarakteristikkene av bergformasjonen, redusere permeabiliteten av vann med hensyn til den av olje. Forbindelsene brukt for dette formålet er generelt polymerer, geler eller skum. Disse forbindelsene er kjent som relative permeabilitetsmodifikatorer.

Et eksempel på anvendelsen av denne teknikken er beskrevet i patentet US 3,965,986. Dette dokumentet beskriver en fremgangsmåte for å redusere vannkoning basert på reduksjonen av permeabiliteten for vann i utvalgte soner av et reservoar, og således bremse migreringen avvann mot produksjonsbrønnen. Reduksjonen i permeabiliteten blir oppnådd ved en første injeksjon av en vandig dispersjon av kolloidal silika, fulgt av en andre injeksjon av vann som inneholder en surfaktant, med dannelsen av en gel som reduserer permeabiliteten av den porø-se matriksen.

Et andre eksempel på en fremgangsmåte for å redusere vannkoning i et oljereservoar med en høy vannproduksjon er beskrevet i patentet US 5,062,483. Den beskrevne fremgangsmåten tilveiebringer injeksjonen på innsiden av reservoaret av en masse av ukondenserbar gass (slik som luft eller naturgass) gjennom en injeksjonsbrønn lokalisert nær ekstraksjonsbrønnen. Denne injeksjonen øker gassmetningen rundt ekstraksjonsbrønnen. I en påfølgende fase, tilveiebringer fremgangsmåten injeksjonen av en videre mengde av ukondenserbar gass gjennom ekstraksjonsbrønnen og starten av produksjon fra ekstraksjonsbrønnen.

Fremgangsmåtene for å redusere vannkoning beskrevet i teknikkens stand og basert på dannelsen av barrierer som er ugjennomtrengelige for vann har ulike ulemper.

For det første har de kjente metodene bare innesluttingseffekter i nærheten av ekstraksjonsbrønnen (innen en radius i størrelsesorden noen få meters avstand fra den), og tilveiebringer således ekstremt begrensede fordeler uttrykt i økning av den endelige oljeutvinningsfaktoren.

For det andre ser disse metodene for seg injeksjonen av kjemiske forbindelser på innsiden av berget som inneholder oljen med en høy risiko for å skade produksjonsbrønnen uopprettelig i tilfellet av feil i injeksjonsprosedyren, ettersom dette forekommer gjennom den samme brønnen.

Dessuten ville injeksjonen av kjemiske forbindelser inn i reservoaret i henhold til den kjente teknikken ikke skape, unntatt til en svært begrenset utstrekning, permeabilitetsbarrierer i presise soner av undergrunnen, spesielt hvor de ville være mest nødvendige eller effektive.

I betraktning av den oven nevnte teknikkens stand innen oljeindustrifeltet, er det en sterkt følt nødvendighet for å finne alternative, og muligens mer fordelaktige og effektive metoder for å motvirke virkningene av vannkoning.

Et formål ved foreliggende oppfinnelse er å overvinne ulempene avslørt i teknikkens stand.

En gjenstand ved foreliggende oppfinnelse omhandler derfor en fremgangsmåte for å redusere koning i en oljebrønn av et undergrunnsreservoar begrenset ved en aquifer som omfatter en injeksjonsfase av et mikro(nano)-strukturert fluid som tilveiebringer en kontrollert frigivelse av barrieresubstanser i nevnte aquifer med dannelsen av en ugjennomtrengelig barriere lokalisert ved olje/vann grenseflaten, kjennetegnet ved at nevnte fluid omfatter en vandig dispersjon av mikrokapsler sammensatt av

- en kjerne som omfatter en modifiserende substans av den absolutte permeabiliteten av bergformasjonen som inneholder nevnte reservoar, - et beskyttende skall som er uløselig i vann som belegger nevnte kjerne. En andre gjenstand ved foreliggende oppfinnelse omhandler en mikrokapsel som består av - en kjerne som omfatter en modifiserende substans av den absolutte permeabiliteten av bergformasjonen av et oljereservoar, - et beskyttende skall som er uløselig i vann som belegger nevnte kjerne.

Ytterligere gjenstander ved foreliggende oppfinnelse omhandler et mikro(nano)-strukturert fluid som omfatter en vandig dispersjon av de oven nevnte mikrokapsler og anvendelsen derav i den oven nevnte fremgangsmåten for å redusere koning i oljebrønner.

For en bedre forståelse av karakteristikkene ved foreliggende oppfinnelse, vil det refereres til den vedlagte figur 1, som indikerer de kumulative oljeproduksjonskurvene (P) fra en brønn versus varigheten av produksjonen, simulert ved anvendelsen av en matematisk modell.

Fremgangsmåten, gjenstand ved foreliggende oppfinnelse, tillater en økning i produktiviteten av en produksjonsbrønn og også i utvinningseffektiviteten av hydrokarbonfluider, både flytende (olje) og gassformig (naturgass), fra reservoaret, som forhindrer forekomsten eller betydelig reduserer dannelsen av vannkonings-fenomener.

I den følgende beskrivelsen, vil det refereres til anvendelsen av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse for ekstraksjonen av olje fra et undergrunnsreservoar. Foreliggende oppfinnelse kan imidlertid også bli anvendt, med de samme fordeler, til tilfellet av et naturgassreservoar.

En gjenstand ved foreliggende oppfinnelse omhandler derfor også fremgangsmåten tidligere beskrevet for å redusere koning i en naturgassproduksjons-brønn.

Fremgangsmåten er basert på in situ dannelsen av en permeabilitetsbarriere lokalisert ved grenseflaten mellom hydrokarbonfluidet og vann. Barrieren forhindrer eller minst bremser bevegelsen av vannet som foreligger i reservoaret mot produksjonsbrønnen, og forsinker eller forhindrer forekomsten av vannkoning.

Permeabilitetsbarrieren som kan bli oppnådd med fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse kan ha en betydelig utstrekning, så langt som å oppta et areal som strekker seg i en radius på ulike titalls meter fra produksjonsbrønnen. Takket være denne utstrekningen, svekker barrieren uønskede effekter av koning mye mer effektivt enn fremgangsmåtene ifølge den kjente teknikken. I de mest gunstige tilfeller, kan virksomheten av barrieren være slik at den fullstendig forhindrer forekomsten av koningsfenomener.

Fremgangsmåten, gjenstand ved foreliggende oppfinnelse, har også forde-len ved å være anvendbar enten før en begynner utnyttelsen av reservoaret, dvs. før "start av produksjonen" av ekstraksjonsbrønnen, eller etter at utnyttelsen alle-rede har blitt startet.

I henhold til foreliggende oppfinnelse, blir permeabilitetsbarrieren oppnådd

in situ ved injeksjonen inn i aquiferen av en vandig dispersjon som inneholder mikrokapsler som tilveiebringer den kontrollerte frigivelsen av barrieresubstanser, dvs. substanser som kan modifisere den absolutte permeabiliteten av et reservoar ved å danne, in situ, en barriere for vann som strømmer mot produksjonsbrønnene.

Eksempler på barrierer som kan bli dannet ved anvendelse av permeabilitetsmodifiserende substanser er barrierer dannet av uorganiske geler og organiske geler (også kalt polymergeler). Blant barrierer dannet av uorganiske geler, er de oppnådd ved geleringen av barrieresubstanser så som metall-alkoksid forbindelser, spesielt alkoksy-silaner (Si-alkoksider), spesielt effektiv.

Blant barrierene dannet av organisk gel, er de i polyakrylamidgel, oppnådd ved kopolymeriseringen av barrieresubstanser så som akrylamid og N,N'-metylen- bis-akrylamid, og de dannet av stivelse-baserte geler, oppnådd ved geleringen av stivelse (barrieresubstans) i vann, spesielt foretrukket.

Det mikro(nano)strukturerte fluidet som tilveiebringer kontrollert frigivelse av barrieresubstanser, gjenstand ved foreliggende oppfinnelse, består av en vandig dispersjon av mikrokapsler som inneholder en permeabilitetsmodifiserende substans.

Med én gang de har blitt injisert inn i undergrunnen, migrerer mikrokapslene inneholdt i fluidet i aquiferen mot vann/olje grenseflaten av reservoaret, hvor de kan frigi innholdene av deres kjerne. Derfor produserer barrieresubstansen, frigitt i henhold til ulike mulig fysiske eller kjemiske mekanismer, in situ substanser som er i stand til å modifisere permeabilitetskarakteristikkene av bergformasjonen (permeabilitetsmodifikatorer) takket være tilstoppingen av de porøse intergranulæ-re rommene.

Mikrokapslene består av en kjerne, som inneholder barrieresubstansen, og et beleggingsskall dannet av et materiale hovedsakelig uløselig i vann. Beleggingsskallet dekker hele overflaten av kjernen.

Mikrokapslene har hovedsakelig en sfærisk fasong og en diameter innen området 0,01-30 um.

Materialet som danner beleggingsskallet har kjemiske og fysiske karakteristikker som er slik for å beskytte innholdene i kjernen mens mikrokapslene er i vandig dispersjon og i løpet av deres injeksjon inn i aquiferen. Som et resultat av denne beskyttelsen, kan mikrokapslene passere gjennom aquiferen uendret så langt som inntil olje/vann grenseflaten, hvor de frigir barrieresubstansen inneholdt i kjernen og danner en ugjennomtrengelig barriere in situ.

Modusene og frigivelsestiden for innholdene i kjernen ved olje/vann grenseflaten kan bli kontrollert ved å passende velge materialet som setter sammen skallet av mikrokapslene med hensyn til karakteristikkene i reservoaret. Frigivelsestiden avhenger også av tykkelsen av det beskyttende skallet og temperaturen som mikrokapslene blir eksponert ved.

I en første foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, blir innholdene i kjernen frigitt på en kontrollert måte ved oppløsning av det beskyttende skallet av mikrokapslene når det er i kontakt med oljefasen ved olje/vann grenseflaten. For dette formålet, er skallet dannet av et oljeløselig materiale.

I en andre foretrukket utførelsesform blir innholdene i kjernen frigitt på en kontrollert måte ved den termiske dekomponeringen av det beskyttende skallet av mikrokapslene nær olje/vann grenseflaten. For dette formålet, blir skallet dannet ved et termisk nedbrytbart materiale under de spesifikke temperaturbetingelsene av reservoaret.

I en tredje foretrukket utførelsesform, blir innholdene i kjernen frigitt på en kontrollert måte nær olje/vann grenseflaten ved diffusjon gjennom det beskyttende skallet. For dette formålet, blir skallet dannet av et materiale som er permeabelt overfor barrieresubstansen inneholdt i kjernen; med én gang mikrokapselen har nådd olje/vann grenseflaten, diffunderer barrieresubstansen gjennom skallet ved en kontrollert rate.

Ved passende å variere den kjemiske sammensetningen av skallet, er det derfor mulig nøyaktig å kontrollere både frigivelsespunktet av barrieresubstansene innen reservoaret og også dannelsesraten for selve barrieren. Dannelsesraten for barrieren avhenger også av typen av det kjemiske eller fysiske fenomenet som fører til dannelsen av barrieren (polymerisering, svelling).

For å muliggjøre at mikrokapslene når olje/vann grenseflaten uendret, må materialet som skallet av mikrokapslene er sammensatt av være uløselig i vann. Uløselig materiale betyr et materiale som haren tilstrekkelig lav oppløsningsrate i vann (under de spesifikke temperatur- og trykkbetingelser av aquiferen) til å ga-rantere at mikrokapslene kan nå olje/vann grenseflaten nesten uendret.

Materialet som skallet er sammensatt av kan være valgt fra en lang rekke polymere materialer kjent i teknikkens stand. Eksempler på polymere materialer er: polyetylenglykol, polyakrylat, polymetakrylat, polystyren, cellulose, polylaktat, poly(melkesyre-ko-glykol) kopolymer.

Anvendelsen av mono- og multi-funksjonelle akryliske harpikser polymeri-serbare ved hjelp av UV bestrålinger, er spesielt foretrukket. Monofunksjonelle akryliske harpikser er harpikser basert på mono-umettede akryliske monomerer, så som, for eksempel, estere og amider av akryl- og metakrylsyre, spesielt metyl-metakrylat. Multifunksjonelle akryliske harpikser i henhold til foreliggende oppfinnelse er kryssbindbare harpikser som omfatter multifunksjonelle akryliske monomerer så som polyumettede akryliske forbindelser så som etylenglykoldimetakry-lat, eller vinylmetakrylat. | henhold til det som er generelt kjent innen faget, omfat ter multifunksjonelle akryliske harpikser en blanding av både monofunksjonelle og multifunksjonelle akryliske monomerer.

Anvendelsen av monofunksjonelle akryliske harpikser tillater at det blir oppnådd termoplastiske beleggingsskall, som er uløselige i vann og løselige i oljefasen. Innholdene i kjernen av disse mikrokapslene blir frigitt ved olje/vann grenseflaten ved oppløsning av skallet etter kontakt med oljen.

Ved anvendelse av multifunksjonelle akryliske harpikser, på den andre siden, blir det oppnådd stive skall, som er uløselige i både vann og olje, på grunn av den høye kryssbindingsgraden som kan bli oppnådd med polymeriseringen av disse harpiksene. I dette tilfellet blir innholdene i kjernen frigitt ved olje/vann grenseflaten ved diffusjon gjennom det polymere materialet av skallet. Diffusjonsraten kan bli kontrollert ved å variere tykkelsen av skallet. Diffusjonsraten avhenger også av diffusjonskoeffisienten av kjernematerialet gjennom skallmaterialet.

Valget av absolutt permeabilitetsmodifiserende substans varierer avhengig av typen barriere som skal bli oppnådd.

For å danne en ugjennomtrengelig barriere som består av en uorganisk gel, for eksempel, kan kjernen bestå av en forbindelse som tilhører gruppen organo-metalliske forbindelser, spesielt metall-alkoksider, hvori metallet, for eksempel er Si, Al, Ti og Zr. Metall-alkoksid forbindelsen er fortrinnsvis et alkoksy-silan, mer foretrukket en forbindelse valgt fra gruppen som består av tetrametylortosilan (TMOS), tetraetylortosilan (TEOS), trimetylmetoksysilan (TMMS), metyltrimetoksysilan (MTMS) og metyltrietoksysilan (MTES).

En spesielt foretrukket alkoksy-silan forbindelse er TMOS, som er uløselig i vann og lite løselig i olje.

De ovennevnte metall-alkoksid-forbindelsene, når de er i kontakt med vannet som foreligger ved olje/vann grenseflaten, blir transformert til en gel i henhold til reaksjonsmekanismen kjent som "sol-gel" prosessen. Den dannede uorganiske gelen modifiserer permeabiliteten av bergformasjonen, og reduserer således ko-ningsfenomenet.

Egenskapene av uorganiske geler (for eksempel, stivheten) og raten av deres dannelsesprosess (gelering) avhenger av ulike parametere så som naturen av barrieresubstansen, temperatur av geleringsprosessen, vannsaliniteten, pH-verdien.

For å kontrollere og/eller favorisere geleringsprosessen, kan kjernen også inneholde katalysatorer eller andre additiver typisk brukt i geleringssystemer og kjent innen faget, så som surfaktanter, stabilisatorer, skumdempere og pH-buffere.

For å oppnå en ugjennomtrengelig barriere som består av en organisk polymer gel, må en monomer og/eller pre-polymer reagere ved olje/vann grenseflaten med et kryssbindingsmiddel.

For dette formålet, ser fremgangsmåten, gjenstand ved foreliggende oppfinnelse, for seg injeksjonen til aquiferen, av en vandig dispersjon som omfatter mikrokapsler som har en kjerne som består av én eller flere monomerer og/eller pre-polymerer (monomer-mikrokapsler) og mikrokapsler som har en kjerne som består av et kryssbindingsmiddel (kryssbindings-mikrokapsler).

Monomer-mikrokapslene og kryssbindings-mikrokapslene kan bli injisert inn i aquiferen samtidig i den samme vandige dispersjonen.

Alternativt kan injeksjonsfasen se for seg en første injeksjon av en første dispersjon som omfatter monomer-mikrokapslene og en andre injeksjon av en andre dispersjon som omfatter kryssbindings-mikrokapslene. De to vandige dis-persjonene kan bli injisert inn i aquiferen i en hvilken som helst rekkefølge.

Monomerer og/eller pre-polymerer egnet for formålene ved foreliggende oppfinnelse er for eksempel akrylamid, N,N'-metylen-bis-akrylamid og delvis hydrolyser! polyakrylamid.

Kryssbindingsmidlene (også kalt polymeriseringsinitiatorer) består generelt av metalliske forbindelser, spesielt Cr eller Al forbindelser, organiske forbindelser, for eksempel aldehyder (glutaraldehyd, formaldehyd), fenol, o-aminobenzosyre, m-aminofenol, fenylacetat og furfurylalkohol.

Med én gang monomer-mikrokapslene og kryssbindings-mikrokapslene har nådd vann/olje grenseflaten, frigir hver av dem bestanddelen av kjernen og initie-rer polymeriseringen, som danner den polymere gelen, og virker som en ugjennomtrengelig barriere, spesielt effektiv for å begrense eller blokkere strømningen av vann mot produksjonsbrønnene.

I en foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, blir in situ dannelsen av en barriere av polymer gel oppnådd ved å drive til olje/vann grenseflaten: monomer-mikrokapsler som har en kjerne av akrylamidmonomer, monomer-mikrokapsler som har en kjerne av N,N'-metylen-bis-

akrylamid,

kryssbindings-mikrokapsler som har en kjerne av ammoniumpersulfat og tetrametyletylendiamin (TEMED). Ammoniumpersulfatet og TEMED virker som polymeriseringsinitiatorer.

De oven nevnte mikrokapslene har et beleggingsskall løselig i olje, fortrinnsvis et beleggingsskall dannet av polyakrylat.

Med én gang kjernen av hver av mikrokapseltypene over er frigitt ved olje/vann grenseflaten, starter polymerisasjonsreaksjonen, og fører til dannelsen av en polyakrylamidgel.

I en videre foretrukket utførelsesform av foreliggende oppfinnelse, består kjernen av mikrokapslene av stivelse. Begrepet "stivelse" betyr et polysakkarid som består av en glukoseenhet bundet til en annen enhet ved hjelp av a(1-4)-glykosidbindinger, karakteristisk for amylose, og a(1-6)-glykosidbindinger, karakteristisk for amylopektin.

Stivelse er uløselig i vann ved romtemperatur, mens det gelerer innen et temperaturområde på 60-80 °C. Etter kontakt med vannfasen ved vann/olje grenseflaten, taper stivelsen sin opprinnelige krystallinske struktur og vannmolekylene binder seg ved hydrogenbindinger til de eksponerte hydroksylgruppene av amyla-se- og amylopektinenhetene, og forårsaker en svelling av granulene. Ettersom stivelse er en polymer av et naturlig opphav, har dens anvendelse i fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse som barrieresubstans den spesielle fordel av å ikke frigi substanser som er potensielt farlige for miljøet inn i undergrunnen.

Mikrokapslene som har en kjerne som omfatter stivelse er fortrinnsvis dekket ved et beskyttende skall dannet av et materiale løselig i olje, mer foretrukket et skall dannet av polyakrylat.

I en videre foretrukket utførelsesform, har mikrokapslene en TMOS kjerne dekket med et olje-løselig polymert skall, fortrinnsvis et skall dannet av polyakrylat.

Mikrokapslene blir fremstilt i henhold til innkapslingsprosesser kjent i teknikkens stand. Innkapslingsteknikken er brukt i teknikkens stand for fremstillingen av mikro- eller nano-kapslerfor den kontrollerte frigivelsen av aktive prinsipper for anvendelser i det famasøytiske, kosmetiske, agrokjemiske feltet eller i industrien av beleggingssammensetninger (maling, blekk, etc).

For fremstillingen av mikrokapslene ifølge foreliggende oppfinnelse, kan innkapslingen av barrieresubstansene kreve en fremstillingsfase av olje-i-vann mikro- eller nano-emulsjoner eller vann-i-olje-i-vann mikro- eller nano-emulsjoner som inneholder barrieresubstansene og/eller forbindelser som er nødvendige for dannelsen av skallet av mikrokapslene, fulgt av en separasjonsfase av mikrokapslene fra de respektive emulsjonene.

I tilfellet av forstadier som er uløselig i vann, så som stivelse, kan for eksempel mikrokapslene bli oppnådd ved emulsjonspolymerisering ved å starte fra en dispersjon av stivelse i monomeren (organisk fase) av materialet som vil danne skallet. Denne dispersjonen blir tilsatt til en vandig fase som kan inneholde emul-sjonsstabilisatorer, for eksempel amfifile surfaktanter, så som polyhydroksybutyrat, polyoksyetylen dodekyleter, natrium dodekylsulfat og poloksamererer, så som poly(etylenoksid-b-propylenoksid) kopolymer (kjent med varemerket Pluronic®).

Den organiske fasen kan bestå av monomeren alene eller en løsning av monomeren i egnede organiske løsemidler.

Blandingen blir utført ved å tilsette den organiske fasen til den vandige fasen, holdt under konstant omrøring. En olje-i-vann emulsjon blir oppnådd fra blanding, som består av bittesmå dråper av organisk fase dispergert i den vandige fasen. Konsentrasjonen og størrelsen av dråpene kan bli kontrollert ved å variere sammensetningen og konsentrasjonen av komponentene i emulsjonen.

Etter emulsjonspolymerisering, blir dråpene så separert fra den vandige fasen i form av mikrokapsler ved sentrifugering og så vasket med vann og tørket, for eksempel ved hjelp avfryse-tørkebehandling. Separasjonen av mikrokapslene fra emulsjonen kan også bli oppnådd ved sedimentering.

Ved slutten av tørking, kan mikrokapslene bli brukt for fremstillingen av fluidet (vandig dispersjon) som skal bli injisert i undergrunnen.

I tilfellet av vann-løselige forstadier, for eksempel akrylamid og N,N'-metylen-bis-akrylamid, kan innkapslingen bli oppnådd ved fremstilling av en vann-i-olje-i-vann emulsjon av hver av forbindelsene over.

Vann-i-olje-i-vann emulsjonen kan bli fremstilt ved å dryppe en vandig løs-ning av barrieresubstansene i en kontinuerlig organisk fase, holdt under omrøring, som inneholder emulsjon-stabilisator forbindelser (for eksempel, av den samme typen som de beskrevet i tilfellet av innkapslingen av vann-uløselige forstadier).

Vann-i-olje emulsjonen oppnådd slik blir så i sin tur blandet med en kontinuerlig vandig fase, holdt under omrøring, som inneholder forstadiet av materialet av skallet av mikrokapslene (for eksempel butylakrylat eller propylakrylat), og så ledes oppnå vann-i-olje-i-vann emulsjonen. Etter emulsjonspolymerisering, blir mikrokapslene separert ved sentrifugering, vasket med vann og underkastet tør-king, for eksempel ved hjelp av fryse-tørking.

Konsentrasjonen i den vandige fasen eller organiske fasen av barrieresubstansen som danner kjernen av mikrokapslene varierer typisk innen området 0,1-50 vekt-% med hensyn til totalvekten av fasen.

Konsentrasjonen i den vandige fasen eller organiske fasen av substansen brukt for å danne skallet av mikrokapslene varierer innen området 0,01-25 % med hensyn til totalvekten av fasen.

Konsentrasjonen av emulsjonsstabilisatorene i den vandige eller organiske fasen varierer innen området 0,01-1% med hensyn til totalvekten av fasen.

Mikrokapslene som inneholder et stivt skall av akrylisk harpiks kan bli fremstilt, som tidligere beskrevet, ved hjelp av emulsjonspolymeriseringsteknikken, ved anvendelse av, i dette tilfellet, en minst bifunksjonell akrylisk harpiks.

Barrieresubstansen (for eksempel TMOS) blir blandet med en løsning i et organisk løsemiddel som inneholder en akrylisk harpiks (for eksempel, en epoksy-akrylisk harpiks) og et egnet kryssbindingsmiddel (foreksempel, et foto-initiator). Foretrukne kryssbindingsmidler er pentaerytritol triakrylat (PETA), bis-fenol-A epoksy-diakrylat og tri-propylenglykol triakrylat.

Løsningen kan også inneholde en amfifil surfaktant, for eksempel 3-metakryloyloksy-2-hydroksy-propan-sulfonat.

Emulsjonen blir så eksponert for UV stråling. Som et resultat av UV bestrå-lingen, polymeriserer den akryliske harpiksen som foreligger rundt dråpene av barrieresubstans, og danner et stivt skall av akrylisk polymer.

Innkapslingsteknikkene beskrevet over kan bli utøvet med utstyr kjent i teknikkens stand.

De kjemiske substansene som kan bli brukt for fremstillingen av mikrokapslene er kjent i teknikkens stand og er tilgjengelige på markedet.

For formålene ved foreliggende oppfinnelse, blir mikrokapslene brukt for å fremstille et mikro(nano) strukturert fluid med kontrollert frigivelse av barrieresubstanser som skal bli injisert inn i undergrunnen.

Fluidet blir fremstilt i form av en vandig dispersjon av mikrokapslene.

Fluidet blir fremstilt i konsentrert form og fortynnet med vann inntil en tilfredsstillende viskositet er oppnådd for dets injeksjon inn i aquiferen. Viskositeten av fluidet er generelt sammenlignbar med den av vann eller litt høyere og varierer innen området 0,4-2 cP.

Mengden barrieresubstans og, derfor, av mikro(nano)strukturert fluid som skal bli injisert, varierer avhengig ikke bare av de ønskede karakteristikkene for permeabilitetsbarrieren, men også av de andre karakteristikkene av reservoaret og aquiferen (for eksempel, geometri av reservoaret og aquiferen, karakteristikker av brønnen som injeksjonen og den påfølgende produksjonen av olje forekommer gjennom, permeabilitet av bergformasjonen, temperatur, viskositet av hydrokarbonfluidet, vannsalinitet, etc).

Injeksjonen av det mikro(nano)strukturerte fluidet til aquiferen blir gjort ved anvendelse av utstyr og teknikker kjent i teknikkens stand innen oljeutvinningsin-dustrifeltet.

Injeksjonene av det mikro(nano)strukturerte fluidet kan bli gjentatt inntil plasseringen og dannelsen av en permeabilitetsbarriere som har de ønskede di-mensjoner blir oppnådd.

Fluidet blir generelt injisert i en slik mengde at permeabilitetsbarrieren kan strekke seg i en radius som varierer fra noen få meter til flere titalls meter. Dessuten blir det mikro(nano)strukturerte behandlingsfluidet injisert til undergrunnen i en slik mengde at permeabilitetsbarrieren har en tykkelse på noen få centimeter.

Injeksjonsstrategien må bli spesifikt verifisert i forhold til de geometriske karakteristikkene av brønn-reservoar-aquifer systemet og petrofysiske egenskaper (spesielt, permeabilitet) av berget som inneholder reservoaret og av aquiferen. Injeksjonen av det mikro(nano)strukturerte fluidet, som kan vare i opp til noen få uker, blir fortrinnsvis fulgt av injeksjonen av vann i en tidsperiode i størrelsesorden en måned. Vannet injisert etter det mikro(nano)strukturerte fluidet har det formål å presse mikro(nano)partiklene bort fra injeksjonsbrønnen, og følgelig maksimere utstrekningen av barrieren ved olje/vann grenseflaten for en viss mengde av injisert barrieresubstans.

Injeksjonen av fluidet blir fortrinnsvis gjort ved økende strømningsrater. Denne injeksjonsstrategien tillater faktisk at det mikro(nano)strukturerte fluidet blir mer enhetlig distribuert ved vann/olje grenseflaten, og maksimerer således utstrekningen av barrieren for en viss mengde injiserte barrieresubstanser, eller tillater ellers å begrense mengden av barrieresubstanser som skal bli injisert, for å oppnå en barriere som har den samme utstrekningen, med hensyn til drift med mer eller mindre konstante strømningsrater.

Fremgangsmåten, gjenstand ved foreliggende oppfinnelse, kan bli anvendt på reservoarer av hydrokarbonfluider som har forskjellige geologiske karakteristikker. Eksperimentelle bestemmelser, selv om en anvender matematiske modeller som er i stand til å simulere virkningene av en permeabilitetsbarriere oppnådd med fremgangsmåten, gjenstand ved foreliggende oppfinnelse, har avslørt at fremgangsmåten over gir de beste resultatene når aquiferen har begrensede tyk-kelser. Spesielt sørger den foreslåtte fremgangsmåten for at de beste resultatene blir oppnådd i lav-viskositet (lik eller lavere enn 1 cP) oljereservoarer, eller medi-um-viskositet (flere cP) oljereservoarer, med en relativt liten tykkelse av aquiferen (som fortrinnsvis spenner fra 2 til 10 m, normalt i størrelsesorden 5 m), mens en høy bergpermeabilitet ikke er nødvendig (en permeabilitet i størrelsesorden ett hundre mD er tilstrekkelig).

Permeabilitetsbarrieren kan være i stand til å forhindre eller i ethvert tilfelle redusere virkningene av koningsfenomener i en begrenset tidsperiode. Med tid, ettersom ekstraksjonsprosessen forløper, kan faktisk olje/vann kontaktnivået stige og vannet kan strømme over permeabilitetsbarrieren. Tiden nødvendig for forekomsten av dette fenomenet avhenger av geometrien av reservoaret og aquiferen og også av styrken av aquiferen. Ved å anvende fremgangsmåten, gjenstand ved foreliggende oppfinnelse, kan imidlertid olje bli produsert i mer eller mindre langva-rige perioder (i størrelsesorden måneder) med en redusert eller null produksjon av vann, og forbedrer signifikant den totale ekstraksjonseffektiviteten.

Med én gang virkningen av det å posisjonere en første permeabilitetsbarriere har forsvunnet, kan fremgangsmåten også bli anvendt igjen, én gang eller flere ganger, for å danne nye permeabilitetsbarrierer. En ekspert innen feltet kan muligens bevirke tilfredsstillende verifikasjoner, ved å anvende kjente teknikker egnet for formålet, for å bestemme tilstrekkelig på forhånd, den begynnende forekomsten av nye koningsfenomener.

De følgende utførelsesformeksemplene er tilveiebrakt for rent illustrerende formål av foreliggende oppfinnelse og skulle på ingen måte bli betraktet som be-grensende for beskyttelsesomfanget definert ved de vedlagte kravene.

EKSEMPEL 1

Mikrokapsler som har en kjerne som inneholder substanser som er i stand til å danne, in situ, en barriere av polyakrylamidgel og et polyakrylatskall ble fremstilt som følger.

Tre separate løsninger i kloroform ble fremstilt, som inneholder henholdsvis 20 vekt-% akrylamid, 15 vekt-% N,N'-metylen-bis-akrylamid og 2 vekt-% ammoniumpersulfat og TEMED, som radikalinitiator (sistnevnte prosentandel refererer til summen av ammoniumpersulfat og TEMED).

Hver organiske løsning ble så dryppet til en vandig løsning, holdt under konstant omrøring, som inneholder 10 vekt-% butylakrylat, 0,5 vekt-% natrium dodekylsulfat som amfifil surfaktant og 1 vekt-% radikal foto-initiator av benzointypen.

Hver av emulsjonene oppnådd slik ble underkastet emulsjonspolymerisering ved bestråling med en UV lampe i en inert atmosfære.

Mikrokapslene oppnådd ved slutten av polymeriseringen ble sentrifugert for å separere dem fra væsken. Etter å ha blitt vasket med vann, ble mikrokapslene så tørket ved hjelp av fryse-tørking ved et trykk lavere enn 0,1 mbar og en temperatur nær -50 °C.

EKSEMPEL 2

Mikrokapsler som har en kjerne som inneholder stivelse og et polyakrylatskall ble fremstilt ved å følge prosedyren beskrevet i Eksempel 1.

Den organiske fasen består av en suspensjon som inneholder 30 vekt-% stivelse i en løsning av etanol som inneholder 15 vekt-% butylakrylat, 0,5 vekt-% natrium dodekylsulfat som amfifil surfaktant og 1 vekt-% radikal foto-initiator av benzointypen.

Den organiske fasen ble dryppet, under omrøring, til en vandig løsning som inneholder 0,5 vekt-% natrium dodekylsulfat som amfifil surfaktant (vandig fase).

Emulsjonen ble så bestrålt med en ultrafiolett kilde i en inert atmosfære inntil fullstendig polymerisering av skallet av mikrokapslene.

Mikrokapslene oppnådd ved slutten av polymeriseringen ble sentrifugert for å separere dem fra væsken. Etter vasking med vann, ble mikrokapslene så tørket i en ovn ved 40 °C.

EKSEMPEL 3

Mikrokapsler som har en kjerne som inneholder tetrametylortosilan (TMOS) og et skall av akrylisk polymer ble fremstilt med den følgende emulsjonspolymeri-seringsprosedyren.

En emulsjon i dodekan ble fremstilt, som inneholder:

15 vekt-% TMOS; 15 vekt-% epoksy-akrylisk harpiks;

0,5 vekt-% 3-metakryloyloksy-2-hydroksy-propan-sulfonat;

1 vekt-% radikal foto-initiator av benzointypen

(prosentandeler refererer til totalvekten av emulsjonen).

Emulsjonen ble så underkastet UV stråling inntil fullstendig polymerisering av skallet av mikrokapslene. Mikrokapslene ble separert ved sentrifugering, vasket og tørket ved hjelp av fryse-tørking ved et trykk lavere enn 0,1 mbar og en temperatur nær -50 °C.

EKSEMPEL 4

In situ dannelsen og effektiviteten av en absolutt permeabilitetsbarriere po-sisjonert ved olje/vann grenseflaten av et hypotetisk oljereservoar utsatt for vannkoning ble simulert ved hjelp av en matematisk modell.

Variasjonen på grunn av barrieren, i utvinningsfaktoren (RF) av to typer olje (en middels olje og en lett olje) med hensyn til tilfellet hvor barrieren var fraværen-de, ble estimert ved hjelp av simuleringsprogrammet kalt "ECLIPSE Black Oil"

(produsert ved Schlumberger).

Utvinningsfaktoren RF er forholdet mellom mengden olje som blir estimert å bli produsert og mengden olje som opprinnelig var til stede i reservoaret.

Et reservoar lokalisert ved en dybde på 2.000 m, med et innledende trykk på 207 bar (3.000 psi) og en temperatur på 70 °C, ble simulert med en matematisk modell som har radial geometri. Dessuten ble en konstant oljekolonne på 5 m betraktet, mens tykkelsen av aquiferen ble antatt innen området 2-26 m.

Den 3D dynamiske modellen brukt for kalkulasjonene bestod av 50 celler i den radiale retningen og 2 celler i retning 9. Den vertikale dimensjonen var varia-bel avhengig av tykkelsen av aquiferen.

For simuleringen av virkningene av barrieren på RF parameteren, ble gra-den av reduksjonen i den absolutte permeabiliteten av reservoaret korrelert med konsentrasjonen av barrieresubstansen, og etablerer en grense-konsentrasjon for barrieresubstansen og en grense-oljemetningsverdi.

De følgende petrofysiske karakteristikker av reservoaret ble antatt for simuleringen:

porøsitet av reservoaret lik 20 %,

bergkompressibilitet lik 4-10"<6>psi"<1>.

Den absolutte permeabiliteten av bergformasjonen ble variert i simuleringene, ved å anta de følgende horisontale absolutte permeabilitetsverdier: 50 mD, 100 mD, 200 mD og 500 mD. Totale isotropiske betingelser ble antatt, ettersom disse representerer den mest kritiske situasjonen for vannkoningsdannelse.

Parameterene som karakteriserer reservoaroljen er indikert i Tabell 1.

For aquiferen ble det antatt en vanntetthet lik 1.000 kg/m<3>, en formasjons-volumetrisk faktor på 1,03 bblr/bblsT(1 bbl = 158,987 I) og en vannviskositetsverdi lik 0,5 cP.

For simuleringen av injeksjonen av fluidet som inneholder mikrokapslene, ble det brukt "Polymers" alternativet av kalkulasjonsprogrammet, som muliggjør simuleringen av et polymert fluid i vandig fase. Viskositeten av fluidet ble betraktet lik, dobbelt eller firedobbelt med hensyn til den for vannet. Tettheten av polymeren ble antatt som å være lik 1.000 kg/m<3>.

Dannelsesprosessen for barrieren etter frigivelse av innholdene av mikrokapslene ved vann/olje grenseflaten ble simulert ved å oppdatere verdiene av re-servoarparameterene i hver celle i henhold til variasjonen i konsentrasjonen av barrieresubstansen kalkulert ved programmet. Oppdateringen av verdiene av re-servoarparameterene ble oppnådd ved hjelp av en automatisk prosessering av utgangsdataene av ECLIPSE programmet, ved anvendelse av et andre prosesse-ringsprogram, utviklet med hensikt. Dette andre programmet verifiserer når kon-sentrasjonsverdien kalkulert i hver celle overskrider den etablerte grenseverdien; når denne betingelsen blir oppfylt, kalkulerer det andre programmet en ny absolutt permeabilitetsverdi for cellen ved å multiplisere permeabilitetsverdien med en re-duksjonsfaktor som avhenger av forholdet etablert mellom grense og faktiske kon-sentrasjoner av polymeren og oljemetningen.

Kalkulasjonen av simuleringsprogrammet ble fortsatt inntil en kontinuitiv produksjon av olje fra ekstraksjonsbrønnen ble simulert i ett år.

Ved anvendelse av kalkulasjonsmodellen beskrevet over, var det mulig å

evaluere effektiviteten av en permeabilitetsbarriere uttrykt i økning i utvinningsfaktoren og reduksjon i vannproduksjon med hensyn til referansescenariet (fravær av barrieren) for ulike kombinasjoner av tykkelse av aquiferen, absolutt permeabilitet, varighet av injeksjonen og oljeviskositet.

Resultatene av simuleringen ved hjelp av den matematiske modellen viser at in situ dannelsen av en permeabilitetsbarriere ved olje/vann grenseflaten tillater en økning i utvinningsfaktoren (RF) i hvert hypotetiske scenario. Virksomheten av foreliggende oppfinnelse kan bli observert i figur 1, som tilveiebringer de kumulative oljeproduksjonskurvene (P) som en funksjon av varigheten av den simulerte produksjonen (t).

I figur 1 refererer kurvene med en kontinuerlig linje "a" og "c" til simuleringene av oljeproduksjon i nærvær av en permeabilitetsbarriere ved grenseflaten, som førte til henholdsvis den lavere (verste tilfelle) og høyere (beste tilfelle), uttrykt ved økning i utvinningsfaktoren. De stiplede linjene "b" og "d", representerer på den andre siden kurvene av referansesimuleringene (oljeproduksjoner uten barrieren) tilsvarende henholdsvis kurvene "a" og "c". Resultatene av simuleringene av de to tilfellene er oppsummert i Tabell 2.

Dataene i Tabell 2 viser at også under mindre gunstige betingelser (verste tilfelle) er permeabilitetsbarrieren ved grenseflaten effektiv for å bremse produksjonen av vann på grunn av vannkoning. Dessuten øker oljeutvinningsfaktoren, under egnede betingelser (beste tilfelle), signifikant innen en svært kort tidsperiode (1 år).

Resultatene av simuleringen viser at fremgangsmåten, gjenstand ved foreliggende oppfinnelse, kan bli anvendt effektivt for reservoarer selv med ekstremt forskjellige petrofysiske karakteristikker og oljeegenskaper.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte for å redusere koningen i en oljebrønn av et undergrunnsreservoar begrenset ved en aquifer, som omfatter en injeksjonsfase av et mikro-(nano)strukturert fluid med kontrollert frigivelse av barrieresubstanser i nevnte aquifer med dannelsen av en ugjennomtrengelig barriere ved olje/vann grenseflaten,karakterisert vedat nevnte fluid omfatter en vandig dispersjon av mikrokapsler sammensatt av: - en kjerne som omfatter en modifiserende substans av den absolutte permeabiliteten av bergformasjonen som inneholder nevnte reservoar, - et beskyttende skall som er uløselig i vann som belegger nevnte kjerne.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori innholdene i nevnte kjerne blir frigitt på en kontrollert måte ved oppløsningen av nevnte beskyttende skall satt i kontakt med oljefasen av nevnte olje/vann grenseflate.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori innholdene i nevnte kjerne blir frigitt på en kontrollert måte ved den termiske dekomponeringen av nevnte beskyttende skall nær nevnte olje/vann grenseflate.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvori innholdene i nevnte kjerne blir frigitt på en kontrollert måte ved diffusjon gjennom nevnte beskyttende skall.

5. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, hvori nevnte injeksjonsfase av nevnte mikro(nano)strukturerte fluid med kontrollert frigivelse blir fulgt av en fase av vanninjeksjon.

6. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav,karakterisertved at nevnte vandige dispersjon omfatter mikrokapsler som har en kjerne sammensatt av én eller flere monomerer og/eller pre-polymerer og mikrokapsler som har en kjerne sammensatt av et kryssbindingsmiddel.

7. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav,karakterisertved at nevnte injeksjonsfase omfatter en første injeksjon av en første vandig dispersjon som omfatter mikrokapsler som har en kjerne sammensatt av én eller flere monomerer og/eller pre-polymerer og en andre injeksjonsfase av en andre vandige dispersjon som omfatter mikrokapsler som har en kjerne sammensatt av et kryssbindingsmiddel.

8. Mikrokapsel sammensatt av - en kjerne som omfatter en modifiserende substans av den absolutte permeabiliteten av bergformasjonen av et oljereservoar, - et beskyttende skall som er uløselig i vann som belegger nevnte kjerne.

9. Mikrokapsel ifølge det foregående krav,karakterisert vedat nevnte modifiserende substans av den absolutte permeabiliteten er et metall-alkoksid, hvori metallet er valgt fra Si, Al, Ti og Zr, og fortrinnsvis er et alkoksy-silan (Si-alkoksid).

10. Mikrokapsel ifølge det foregående krav,karakterisert vedat nevnte modifiserende substans av den absolutte permeabiliteten er et alkoksy-silan valgt fra tetrametylortosilan (TMOS), tetraetylortosilan (TEOS), trimetylmetoksysilan (TMMS), metyltrimetoksysilan (MTMS) og metyltrietoksysilan (MTES).

11. Mikrokapsel ifølge krav 8,karakterisert vedat nevnte kjerne omfatter én eller flere monomerer og/eller pre-polymerer eller den omfatter et kryssbindingsmiddel.

12. Mikrokapsel ifølge det foregående krav,karakterisert vedat nevnte monomerer og/eller pre-polymerer er valgt fra gruppen som består av akrylamid, N,N'-metylen-bis-akrylamid, delvis hydrolyser! polyakrylamid.

13. Mikrokapsel ifølge krav 11,karakterisert vedat nevnte kryssbindingsmiddel er valgt fra gruppen som består av kompositter av Cr eller Al, glutaraldehyd, formaldehyd, fenol, o-aminobenzosyre, m-aminofenol, fenylacetat og furfurylalkohol.

14. Mikrokapsel ifølge ett av kravene fra 8 til 13,karakterisert veda t nevnte skall er sammensatt av en polymer valgt fra polyetylenglykol, polyakry lat, polymetakrylat, polystyren, cellulose, polylaktat, poly(melkesyre-ko-glykol) kopolymer, fortrinnsvis polyakrylat.

15. Mikrokapsel ifølge krav 8,karakterisert vedat - nevnte kjerne omfatter stivelse; - nevnte beleggingsskall er dannet av polyakrylat.

16. Mikrokapsel ifølge krav 8,karakterisert vedat - nevnte kjerne omfatter tetrametylortosilan; - nevnte beleggingsskall består av en akrylisk polymer som starter fra en mono- eller multi-funksjonell akrylisk harpiks.

17. Mikro(nano)-strukturert fluid som omfatter en vandig dispersjon av mikrokapsler i henhold til ett eller flere av kravene 8 til 16.

18. Mikro(nano)-strukturert fluid ifølge krav 17 for anvendelse i fremgangsmåten ifølge ett av kravene fra 1 til 7.