NO300858B1 - Fremgangsmåte for oppbryting av et geldannet oljefraktureringsfluid, samt slikt geldannet oljefraktureringsfluid - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for oppretting av en fremgangsmåte for oppbryting av et fraktureringsfluid ved anvendelse av en kapsel for kontrollert avgiving av oppbrytingsmiddel til et fraktureringsfluid i undergrunnsformasjonen, samt fraktureringsfluider inneholdende en slik kapsel for kontrollert avgiving av oppbrytingsmiddel.

I forbindelse med brønnboring og etterfølgende utvinning av fluider, såsom råolje og naturgass, fra undergrunnsformasjoner, tilsettes forskjellige materialer i brønnkanalen og/eller i undergrunnsformasjonen, for å øke brønnborings-effek-tiviteten, øke produksjonen av fluider fra formasjonen og/eller avgrense og for-segle en uproduktiv brønn. Behandlingsmidlene blir vanligvis tilsatt, i sin virksom-me form, på overflaten, for å innstrømme i brønnkanalen, eller gjennom denne til undergrunnsformasjonen.

Det forekommer således ofte at en undergrunnsformasjon gjennomgår en fraktureringsbehandling som skal stimulere utvinningen av fluider, f.eks. råolje eller naturgass. Ved formasjonsfraktureringen blir et fluid innført i brønnen med en hastighet og under et trykk som er tilstrekkelig for opprettelse av én eller flere frakturer i formasjonen og/eller for utvidelse eller forlengelse av eksisterende frakturer. Fluidet kan inneholde et avstivingsmiddel, eksempelvis sand eller sintret bauxitt, som avsettes i frakturene for å bevare disse, og/eller en syre som, ved å reagere med de syreløselige bestanddeler av formasjonen, skaper og utvider passasjer for fluidstrømmen fra formasjonen.

Det er hittil, både ved hydraulisk frakturering og ved syrefrakturering, vanligvis blitt benyttet geldannet, vandig fluid av høy viskositet, geldannete og hydrokarbonbaserte fluider, vann/hydrokarbonemulsjon av høy viskositet eller skum av en gass/vanndispersjon. Disse høyviskositets-fluider har den inn-trengingsevne som er nødvendig for oppnåelse av maksimale fordeler ved fraktureringsprosessen og for suspendering, uten overdreven avleiring, av de eventuelt tilsatte avstivingsstoffer. Videre kan høyviskositets-fluidene utvide frakturene til større bredde enn ved bruk av lawiskositets-fluid.

Etter at den vandige høyviskositets-løsning eller -emulsjon er innpumpet i undergrunnsformasjonen og frakturene dannet, er det som oftest ønskelig å kunne omforme gelet eller emulsjonen til lawiskositets-fluid som kan fjernes fra formasjonen slik at det ønskete materiale, f.eks. olje eller naturgass, vil strømme tilbake gjennom frakturene og til brønnkanalen. Denne redusering av fraktureringsfluidets viskositet betegnes vanligvis som gel- eller emulsjons-"oppbryting". Denne gel- eller emulsjons-oppbryting utføres som regel ved tilsetting av et viskositetsminskende middel (vanlig benevnt "oppbryter") i formasjonen på det rette tidspunkt. Tilfeldigvis resulterer de kjente teknikker ofte i utilstrekkelig oppbryting (dvs. utilstrekkelig reduksjon i fraktureringsfluidets viskositet), eller for tidlig oppbryting av fluidet. For tidlig fluidoppbryting medfører en viskositetsreduksjon hos fraktureringsfluidet forut for den ønskete avslutting av fraktureringsprosessen, med derav følgende nedsetting av prosessens totale virkningsgrad. Som et kon-vensjonelt eksempel på for tidlig oppbryting er kalsiumhydroksid blitt blandet med kiselmel og anvendt som oppbryter. Ved temperaturer under 52°C behøves oppbryter i overdrevne mengder for å oppnå en fullstendig oppbryting som inntraff momentant.

En oppbryter med forsinket avgivelse av et vandig fraktureringsfluid er kjent fra US-patentskrift 4 741 401. Nevnte patentskrift omtaler en kapsel for kontrollert oppbryteravgivelse, som vil briste langsomt under påvirkning av vandig fluid i undergrunnsformasjonen og derved avgi en oppbryter til formasjonen.

De kjente geldannet oljefraktureringsfluidsystemer, basert på bruk av oppbrytere, har imidlertid den mangel at de anvendte oppbrytere ikke fungerer til-fredsstillende i geldannet oljefraktureringsfluider, særlig ved temperaturer av 20 - 65°C. Innenfor dette temperatu rom råde vil de vanlige oppbrytere enten fungere upålitelig eller være virkningsløse. Det er derfor behov for en sikrere metode for oppbryting av et geldannet oljefraktureringsfluid.

Dette behov er tilfredsstilt ved en fremgangsmåte som angitt i de etter-følgende krav 1-7.

Ved anvendelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil oppbrytingen av geldannet oljefraktureringsfluider forbedres vesentlig ved rådende temperaturer av 20 - 65°C i undergrunnsmiljøet.

Oppfinnelsen angår også et geldannet oljefraktureringsfluid, som angitt i det etterfølgende krav 8.

Den medfølgende tegning viser den momentane viskositetsminskning som inntrer ved 55°C ved anvendelse av uinnkapslet CaO-oppbryter i et geldannet oljefraktureringsfluid, og den forbedrete viskositetsprofil for en innkapslet kalsiumoksid-oppbryter ifølge oppfinnelsen.

Kapselen for kontrollert oppbryteravgivelse for anvendelse ved utøvelse av foreliggende oppfinnelse omfatter en hydrokarbonbasert hylsterdel som inneholder en oppbryter. Hylsterdelen er permeabel for minst ett fluid som forekommer i undergrunnsmiljøet eller injiseres med den kontrollert avgivbare kapsel, slik at hylsterdelen, ved å påvirkes tilstrekkelig av fluidet, kan oppløses eller bortetses og derved frigi oppbryteren.

Materialet som med størst fordel kan anvendes som lukkerdel, vil variere i avhengighet av forskjellige faktorer. Blant de ulike faktorer kan nevnes de fysiske og kjemiske egenskaper hos materialet i hylsterdelen, de rådende forhold, innbefattende temperaturen, som kapselen vil utsettes for, oppbryterens forenelighet med hylsterdelen og den ønskete tid og mekanisme for avgivelsen. Av faktorer som må tas i betraktning, eksempelvis ved valg av hylsterdel, kan nevnes det ønskete tidspunkt for avgivelse etter at den kontrollert avgivbare kapsel er plassert i fraktureringsfluidet, og størrelsen av spenningen som oppstår ved lukking av formasjonen.

Hylsterdelen vil vanligvis bestå av vannuoppløselig, oljepermeabelt materiale. Hylsterdelen ifølge oppfinnelsen består nærmere bestemt av en polymer/ voksblanding hvor polymeret ihvertfall består av eksempelvis polyolefin eller i det minste av et polyolefinvinylacetatkopolymer, eller en blanding av disse. Hylsterdelen kan ha en viskositet som ligger mellom 0,05 og 100 000 centipois og helst mellom 1 og 5 000 centipois. Foretrukne polyolefinvinylacetatkopolymerer innbefatter etylenvinylacetatkopolymerer. Et typisk, flytende belegningsmateriale som kan benyttes som hylsterdel, består av 50 vekt-% polyetylen av egenvekt 0,92 og med smelteindeks 250, og 50 vekt-% parafinvoks med smeltepunkt 60°C. Belegningsmaterialet som skal anvendes som hylsterdel, er fortrinnsvis flytende ved beleggingstemperaturer og fast i avkjølt tilstand, uavhengig av en kjemisk reaksjon eller fordamping av et løsningsmiddel. Hylsterdelens permeabilitet og, i mindre grad, dens tykkelse og elastisitet er bestemmende for den hastighet hvor-med harpiks-voksbelegget oppløses eller eroderer med etterfølgende frigjøring av hylstermaterialet.

Oppbryterpartiklene som skal omsluttes av hylsterdelen, kan være av vil-kårlig form, men sfæriske partikler vil gi et jevnere belegg. Partikkelstørrelsen kan generelt variere mellom 10 mikrometer og 10 millimeter, selv om det under spesi-elle forhold kan benyttes partikler innenfor dette område. Tilnærmet sfæriske partikler kan lett fremstilles ved kjente metoder, såsom sprøytetørking eller "pril-ling", ved ekstrudering eller komprimering i former eller ved aglomerering av fin-partiklete pulvere i roterende tromler under tilføring av et væskefase-bindemiddel og/eller varme.

Oppbrytermaterialer som er egnet for anvendelse ved utøvelse av oppfinnelsen, innbefatter p-nitrobensoesyre, trietanolamin, kalsiumoksid, kalsiumhydroksid, natriumacetat og kaliumbikarbonat. Av disse er kalsiumoksid og kalsiumhydroksid foretrukne oppbrytermaterialer. Oppbryterpartiklene belegges med dekkmaterialet ved tilvirking av en suspensjon av oppbryterpartikler og beleg-gingsmateriale som overføres på en roterende flate. Ved hjelp av den roterende flaten blir suspensjonen sentrifugaldispergert til relativt store, belagte partikler og relativt små dråper av belegningsmateriale. Størrelsen av de belagte partikler avhenger av størrelsen av de ubelagte partikler og er i meget mindre grad avhen-gig av den roterende flates karakteristika. Etter å være utkastet fra eller nedfalt fra den roterende flaten herdner de belagte partikler og smådråpene av belegningsmateriale ved å utsettes for luft, og utskilles ved sikting e.l. De størknete smådrå-per av rent belegningsmateriale kan tilbakeføres i suspensjonen. Beleggpåføring av samtlige partikler oppnås ved dispergering av de enkelte oppbryterpartikler i belegningsmaterialet, innen suspensjonen når den roterende flaten. Oppbryterpartiklene som skal belegges, kan utgjøre opptil ca. 45 volum-% av den totale suspensjonsvelling, selv om oppbryterpartiklene vanligvis vil utgjøre 20 - 35 volum-%. Temperaturen rundt plateoversiden må ligge over belegningsmateri-alets smeltepunkt. Polymer/voksblandinger kan typisk ha et smeltepunkt av 120 - 160°C.

Skivens rotasjonshastighet er slik valgt at det overskytende belegningsmateriale frembringer kuler som er meget mindre enn de belagte partikler. For oppbryterpartikler med diameter av ca. 0,5 millimeter og en egenvekt av 1,2 vil en rotasjonshastighet av 1000 -1500 omdr., ved en skive av 20 centimeters diameter, gi en god, romlig adskilling av harpiks/voks-finpartiklene fra de meget større, belagte oppbryterpartikler, og de overskytende harpiks/vokspartikler kan derved oppsamles separat.

Ytterligere detaljer ved fremgangsmåten for belegging av oppbryterpartikler ifølge oppfinnelsen med hylstermaterialet ifølge oppfinnelsen er beskrevet i US-patentskrift 4 675 140, hvortil det henvises. Foretrukne, innkapslete kalsiumoksid-oppbryterpartikler leveres under betegnelsen EWS 0749 av Petrolite Corporation, St. Louis, Missouri 63119. Foretrukket, innkapslet kalsiumhydroksid-oppbrytermateriale leveres også under betegnelsen EWS 0768 av Petrolite Corporation.

EKSEMPEL

Et geldannet hydrokarbon-fraktureringsfluid ble tilvirket av diselolje nr. 2 og et aluminiumfosfatestersalt. Innkapslet og uinnkapslet kalsiumoksid ble dispergert i separate deler av fluidet. Det innkapslete kalsiumoksid hadde en konsentrasjon av 0,50 gram innkapslete partikler (50 % kalsiumoksid) pr. 100 milliliter fluid, og det uinnkapslete en konsentrasjon av 0,25 gram pr. milliliter. Ca. 85 milliliter av hvert av disse fluider ble tilsatt i glassflasker (Pyrex 1395). Prøvene ble holdt ved 55°C i et vibrasjonsbad (Yamata Constant Temperature BT-25). For å sikre dispergering av partiklene ble flaskene kraftig rystet manuelt i 3 sekunder for hvert 15. minutt. Med 30 minutters mellomrom ble et sett prøver uttatt fra badet. Fluidenes reologiske tilstand (ved 170 sekunder<1> og 55°C) ble bestemt på et Fann 35-reometer ved anvendelse av en lukket prøvebeholder og hjelpevarmer. Den reologiske tilstand ble beregnet ved hjelp av kraftlovmodellen. Resultatene er vist i figuren.

Det vil være åpenbart for fagkyndige at den viste og beskrevne oppfinnelse

kan endres og modifiseres innenfor rammen av de etterfølgende krav.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for oppbryting av et geldannet oljefraktureringsfluid, hvor det i en undergrunnsformasjon injiseres kapsler omfattende en hylsterdel som inneholder en oppbryter for det geldannete oljefraktureringsfluid, hvilke kapsler er av en slik art at frigivelse av oppbryteren er tidskontrollert, karakterisert ved at hylsterdelen er tilvirket av en blanding av voks og en polymer som er valgt fra gruppen omfattende minst ett polyolefin, minst ett olefinvinylacetat-

kopolymer og blandinger av disse, hvorved den kan oppløses eller erroderes bort av minst ett fluid som forekommer i undergrunnsmiljøet eller som injiseres sammen med oppbryter-kapslene, slik at hylsterdelen kan frigi oppbryteren i under-grunnsmiljøet, og at oppbryteren er valgt fra gruppen omfattende p-nitrobensoesyre, trietanolamin, natriumacetat, natriumbikarbonat, kalsiumoksid og kalsiumhydroksid.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, k^arakterisertvedatde oppbryteravgivende kapsler injiseres i formasjonen som en dispersjon i et geldannet olje-bærefluid.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at det geldannete olje-bærefluid består av geldannet oljefraktureringsfluid.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hylsterdelen består av et belegningsmateriale som er løselig i minst ett fluid som forekommer i undergrunnsmiljøet eller som injiseres med de oppbryteravgivende kapsler.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hylsterdelen består av ca. 50 vekt-% parafinvoks og ca. 50 vekt-% polyetylen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hylsterdelen består av ca. 50 vekt-% parafinvoks og ca. 50 vekt-% etylenvinylacetatkopolymer.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det anvendes kapsler som omfatter en hylsterdel bestående av en blanding av voks og en polymer som er valgt fra gruppen innbefattende polyolefiner og etylenvinylacetatkopolymerer som inneholder en oppbryter, valgt fra gruppen innbefattende kalsiumoksid og kalsiumhydroksid, for det geldannete oljefraktureringsfluid.

8. Geldannet oljefraktureringsfluid, omfattende oppbryterkapsler som innbefatter en hylsterdel som inneholder en oppbryter for det geldannete oljefraktureringsfluid, hvilke kapsler er av en slik art at frigivelse av oppbryteren er tidskontrollert, karakterisert ved at hylsterdelen er tilvirket av en blanding av voks og en polymer som er valgt fra gruppen omfattende minst ett polyolefin, minst ett olefinvinylacetatkopolymer og blandinger av disse, hvorved den kan oppløses eller erroderes bort av minst ett fluid som forekommer i under-grunnsmiljøet eller som injiseres sammen med oppbryter-kapslene, slik at hylsterdelen kan frigi oppbryteren i undergrunnsmiljøet, og at oppbryteren er valgt fra gruppen omfattende p-nitrobensoesyre, trietanolamin, natriumacetat, natriumbikarbonat, kalsiumoksid og kalsiumhydroksid.