NO313203B1 - Fremgangsmåte for utfelling av uorganiske salter i poröse media, samt bruk av denne - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en framgangsmåte for utfelling av uorganiske salter i porøse medier med styrt konsoliderings- og permeabilitets-tap, i samsvar med innledningen til krav 1. Oppfinnelsen angår videre bruk av framgangsmåten for konsolidering av svakt eller dårlig konsoliderte formasjoner, i samsvar med krav 13 og 14.

Bakgrunn

Sand produksjon fra en svakt eller dårlig konsolidert formasjon er et vedvarende problem som forårsaker alvorlige skader på oljebrønner, rørledninger, ventiler, pumper osv., og viktigst, som forårsaker redusert oljeproduksjon eller som til og med kan føre til at det lokale reservoaret kollapser. Videre er fjerningen av sand fra den meget viskøse oljen på et senere tidspunkt i produksjonsprosessen en dyr og tidkrevende prosedyre, som krever ytterlige produksjonstrinn og utstyr eller kjemiske tilsetnings-stoffer.

En rekke teknikker har vært foreslått for å kontrollere sandproduksjon. Disse teknikkene inkluderer kjemisk konsolidering "in situ", av den ukonsoliderte formasjonen i brønnens nær-område ved hjelp av forskjellige tilsetninger så som forskjellige typer resiner (f.eks. furanepoxy og fenoliske resiner, natriumsilikat basert aluminium-oksid, støypende materialer og silikon-halid). Andre teknikker inkluderer plassering av rørformete skjermer i brønnen og grus-pakninger mellom sandformasjonen og skjermen. Gruspakker og/eller harde resiner fyller området som er i kontakt med formasjonen og skjermen, for å hindre sandstrømmen.

Til tross for det faktum at disse teknikkene har vist seg å være effektive i en viss utstrekning, har hver av dem sine egne problemer og begrensninger. For eksempel er det ikke sikkert at hver perforering blir tettpakket med grus, og slike feil kan føre til at formasjonssand strømmer inn i produksjonsbrønnen. På den annen side kan epoxy resiner i tillegg til at de er meget kostbare, med-føre uønskete effekter ved at de reduserer permeabiliteten rundt brønnen. Videre vil tilleggsutstyr og prosedyrer som følger med denne framgangsmåten, og de medfølgende kostnadene være ytterligere ulemper som gir store kostnadstap.

På den andre siden vil vannlekkasjer i naturlige bergarter kunne være et alvorlig problem ved konstruksjon av tunneler og andre undergrunnsanlegg. I dag brukes det forskjellige typer organiske kjemikalier og finkornet og hurtig-størknende sement. Problemet, er imidlertid ofte veldig fin-porete strukturer i naturlig berg. De ovenfor nevnte forbindelsene har derfor problemer med å trenge inn i de vann-fuktete porene, og konsekvensen er fortsatt vann gjennomtrengning.

Formål

For å øke oljeproduksjon fra et reservoar som består av svakt konsolidert sandstein ("sand" reservoarer), må sandkornene i reservoaret bindes sammen gjennom konsolidering for å hindre sand produksjon. På denne måten kan permeabiliteten for både vann og olje reduseres. Ved å gjennomføre en styrt utfelling av uorganiske salter i de porøse strukturene i det nære brønn-området, vil det oppnås tilstrekkelig konsolidering med akseptabel reduksjon i permeabilitet. Hovedformålet med oppfinnelsen er å framskaffe en framgangsmåte med de følgende fordeler: - oljeproduksjon skal øke etter konsolidering, ved å øke sandfri produksjon ved at trykk-gradienten mot brønnen øker, - brønnbehandlingen består av "bullheading"<1>med løsninger som er kompatible med formasjonen i det nære brønnområdet, ved bruk av teknikkene nevnt nedenfor, og - i tilfellet det oppstår en uforutsett skade i oljebrønnen, kan prosessen reverseres fullstendig ved hjelp av en tradisjonell syrevask.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å stoppe vannlekkasjer inn i undergrunnskonstruksjoner. Vannlekkasjer i tunneler, demninger og andre typer undergrunnsanlegg kan i noen sammenhenger være et betydelig problem. For å stoppe slike lekkasjer er det nødvendig med maksimal utfelling av uorganiske salter i porestrukturen i naturlig berg. Hovedfordelene med denne framgangsmåten er: de vandige løsningene har gode fukte-egenskaper og gjennomtrengende evne i sprekker i naturlige bergarter fordi de ikke inneholder faste partikler,

de vandige løsningene er naturvennlige, og

ved å "bullheade" de aktuelle løsningene inn i bergformasj onene med teknikkene som er beskrevet nedenfor, kan aktuelle lekkasjer tettes.

Med "bullheading" er det i denne sammenhengen ment å pumpe to blandbare væsker med slik hastighet at en minimerer sjansen for at den ene blandes inn i den andre i grenseflaten mellom, i transportledningen.

Oppfinnelsen

Formålene kan oppnås med en framgangsmåte i samsvar med den karakteristiske delen av krav 1, og bruken som angitt i krav 13 og 14. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de tilhørende avhengige krav.

Foreliggende oppfinnelse framskaffer en framgangsmåte med to forskjellige anvendelser; reparering av ukonsoliderte oljereservoarer, og effektiv tetting av vannlekkasjer i naturlige bergarter, ved styrt utfelling av riktig(e) utvalgt(e) uorganiske salt(er). En framgangsmåte i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen gjør det mulig å oppnå adekvat konsolidering av et opprinnelig svakt eller ukonsolidert oljereservoar i tilstrekkelig dybde rundt produksjonsbrønnen (for eksempel 0,1 til 0,5 m), uten for stort permeabilitets tap. Oppfinnelsen kan også brukes til effektiv tetting av undergrunnskonstruksjoner når vannlekkasjer er et stort problem.

Bruken av uorganiske salter for å konsolidere sandformasjoner og/eller tette vannlekkasjer kombinerer flere fordeler. Det benyttes billige råvarer, som samtidig er kompatible med omgivelsene, hvilket gir en konsoliderings- og tetnings-prosess for bergformasjoner, som er miljø-vennlig. Ved å konsolidere hydrokarbon-reservoarer, som produserer sand, unngås alvorlige problemer ved produksjon av olje og hydrokarboner, tap i produksjonshastighet og andre drifts-kostnader. En annen stor fordel med den foreliggende framgangsmåten, er at de vandige løsningene kan administreres til revervoaret rundt brønnen, med små endringer i det utstyr som benyttes i olje-brønner. Dette står i motsetning til andre framgangsmåter (så som injeksjon av epoksy resiner, etc), som krever komplisert utstyr og prosedyrer. Endelig er det en betydelig fordel med foreliggende framgangsmåte, at den er fullstendig reversibel, fordi de uorganiske saltene som benyttes i sand konsolideringsprosessen er løselige i enkle syrer. Derfor kan feil rettes og finjustering oppnås.

Ved tetting av fine porer i porøst berg, er ikke porene svært tilgjengelige ved bruk av tradisjonelle injeksjonsmetoder. Vandige løsninger har imidlertid god permeabilitet, og vann under trykk skal nå de fineste pore-strukturer i bergformasjoner som er vann-gjennomtrengelige, spesielt i vannfuktet berg, og vannlekkasjer kan derfor tettes.

Bruken av uorganiske salter for de to formålene kan være forskjellig, men liknende plasserings-metoder benyttes ved injisering av de vandige løsningene med de aktive mineralene som feller ut.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet med henvisning til vedlagte figurer, hvor

fig. la viser en sylindrisk anordning, plassert i en oljebrønn eller et hull boret inn i en bergvegg som lekker vann, som injiserer salt-løsningene,

fig. lb viser en anordning i tre deler, hvor hver del avgir en løsning,

fig. lc viser et system av perforerte rør for injeksjon av løsningene,

fig. 2a viser et antall perforerte rør som injiserer løsningene i et oljereservoar eller i et borehull i en vann-fuktet bergvegg,

fig. 2b viser en forstørret del mellom to horisontale nivå, delvis i tverrsnitt av fig. 2a,

fig. 2c, 2d og 2e viser, i tverrsnitt, tre forskjellige injiserings-muligheter med anordningen i samsvar med fig. 2a og 2b,

fig. 3a viser en alternativ anordning til den i fig. 2a for injeksjon av løsninger med bare to perforerte rør,

fig. 3b viser en forstørret del mellom to horisontale nivå, delvis i tverrsnitt av fig. 3 a

fig. 4a viser en anordning av rør for injisering av løsninger hvor rørene ikke er stukket inn i formasjonen,

fig. 4b viser et tverrsnitt av fig. 4a,

fig. 5a viser et alternativ til fig 4 med bare tre rør for injisering av løsningene,

fig. 5b viser et tverrsnitt av fig. 5a,

fig. 6 viser hvordan de tre løsningene skal plasseres med "Crossover" teknologi,

fig. 7 viser konsentrasjonsprofilene på slutten av injeksjonsprosedyren,

fig. 8 viser konsentrasjonsprofilene ved slutten av blandeprosessen,

fig. 9 og 10 viser eksempler på injeksjonsprosedyrer,

fig. 11 viser en konsolidert sand-pakke, som er konsolidert med en framgangsmåte i samsvar med foreliggende oppfinnelse,

fig. 12 viser et bilde av to sandkorn som er forbundet med OCP krystaller, og fig. 13 viser strukturen av OCP-krystallene.

To vandige løsninger av forskjellige uorganiske salter, som er kompatible med naturen omkring, blandes "in situ". En riktig seleksjon av de uorganiske saltene, måten de transporteres, blandes og reagerer på, fører i alle tilfelle til utfelling av lite oppløselige salter. Denne utfellingen fører igjen til oppfinnelsens formål.

Konsolidering av kornete lag med den ønskede reduksjonen i permeabilitet oppnås på følgende måte: krystallene av de uorganiske saltene er små i forhold til poren mellom sandkorn, og vokser på korngrenser eller på overflaten av sandkornene og danner på denne måten en jevn overflatefilm. Slik bindes sandkornene sammen og danner et konsolidert materiale.

Drastisk reduksjon av permeabiliteten til naturlige bergarter med resulterende tetting oppnås gjennom utfelling og vekst av store krystaller som fyller og tetter porevolumet eller området mellom det faste materialet. Både substratenes karakteristiske egenskaper og morfologi har inn-flytelse på krystallene som dannes. Best resultat oppnås ved å introdusere reaktantene i en serie av forutbestemte variable pulser, ved bruk av en egnet pumpeanordning. Graden av permeabilitet-tap i den porøse formasjonen, og graden av konsolidering kan styres ved hjelp av type og mengde salt som deponeres i det permeable området av systemet.

De to oppløselige saltene blir derfor introdusert i den porøse formasjonen i alternerende lag. For å unngå reaksjon mellom saltene i grenseområdet mellom to lag, introduseres en ikke-reaktiv elektrolytt mellom de to salt-lagene. Når løsningene så er plassert, settes det i gang en pulserende strømning. Denne pulserende strømningen øker blandingshastigheten ved dispersjon inne i det porøse medium. Typiske eksperimentelle betingelser er: pulseringstid; 0.5-5 min, fortrinnsvis 2 min, amplitude; 0.5-5 cm, fortrinnsvis 2 cm, frekvens; 0.1-5 Hz, fortrinnsvis 1 Hz, og relaksasjonstid; 5-15 min, fortrinnsvis 10 min. De effektive diffusiviteter er IO<3> til 104 ganger større enn de molekylære diffusivitetene. Perfekt blanding sørger for fullstendig reaksjon mellom de løste saltene, for å danne de uløselige krystallene. Pulseringen øker også hastigheten hvormed salt-krystallene avleires.

Framgangsmåten hvormed løsningene injiseres i sand eller berg formasjonen er meget viktig, og avgjørende for suksess eller fiasko med konsoliderings- eller tettings- prosessen. Den foreslåtte prosessen er utformet slik at den utnytter de uorganiske saltene fullt ut, og slik at den reduserer tidsbruken ved prosessen så mye som mulig. Figurene 1-6 viser alternative framgangsmåter for injisering av de kjemiske løsningene "in situ".

Plassering av løsningen og "in situ" blanding.

Figur la viser en av de foreslåtte "in situ" konsoliderings prosedyrene. Den viser en sylindrisk anordning med diameter omtrent tilsvarende brønnens diameter eller borehullet i bergarten. Beholderen er senket ned i brønnen til den nedre grensen for det dårlig konsoliderte partikulære laget, eller til det området hvor vannlekkasjen er, i det hullet som er boret i berget.

Fleksible (eller tilsvarende) pakninger plasseres mellom anordningen og veggene for å hindre uønsket lekkasje. De kjemiske løsningene injiseres ved hjelp av en sentrifugal pumpe, sekvensielt, fra toppen av gjenstanden. Det injiserte volumet av hver løsning er mye større enn volumet av anordningen. Løsningene vil dermed beveges radialt og fordeles i den porøse formasjonen. Etter injeksjons prosedyren alternerer anordningen mellom å trykkesette og å trykk-avlaste systemet (pulsere) for å oppnå blanding. Denne pulseringen varer lenge nok til at blanding oppnås fullstendig (typisk 2-3 minutter). Et relaksasjonstrinn følger etter blanding av løsningene. Et typisk slik trinn varer i 10 minutter, og i denne perioden blir kjemikaliene blandet, reagerer og de tungt-løselige saltene felles ut.

Hele prosedyren gjentas inntil dybde-konsolideringen av veggen som er i kontakt med den ytre overflata av anordningen, er oppnådd. Anordingen flyttes deretter opp til et høyere nivå hvor konsolidering er påkrevet, og hele prosedyren gjentas. Anordningen flyttes oppover inntil tilstrekkelig konsolidering av det ukonsoliderte laget er oppnådd, eller vannlekkasjen er stanset.

Figur lb og lc viser lignende anordning som kan benyttes som anordningen vist i fig. la. Figur lb viser en anording omfattende tre deler som kan brukes til sekvensiell injeksjon av løsningene istedenfor den sylindriske anordningen vist i fig. la. Prosedyren i dette tilfelle er noe forskjellig fra den som er beskrevet ovenfor. Først velges området som skal behandles. Hver del forsyner kun en av løsningene som er nødvendig for dannelse av det tungt-løselige saltet. Den delen av anordningen som inneholder løsning B er i kontakt med overflaten, og ved hjelp av en pumpeanordning injiseres et på forhånd beregnet volum av denne løsningen. Deretter flyttes anordningen nedover for å tillate den andre delen av anordingen å komme i kontakt med veggen i samme område, og den ikke-reaktive elektrolytten (en svak løsning av IO"<3> M KOH) injiseres og fordeler seg radialt ut i formasjonen. Det samme trinnet repeteres en tredje gang og den tredje løsningen (A) injiseres. Etter den tredje injeksjonen anvendes pulsering, som beskrevet ovenfor, for å oppnå at de tre væskene blandes, og prosedyren gjentas inntil et akseptabelt resultat for det utvalgte området oppnås. Så gjentas prosedyren for en ny del av overflaten inntil:

- det ukonsoliderte laget er konsolidert, eller

- vann ikke lenger lekker fra hullet som er laget for å injisere løsningene.

Figur lc viser en lignende anordning hvorved et system av perforerte rør kan benyttes som et alternativ for injeksjon av løsningene istedenfor den sylindriske anordningen vist i figur la. Rørene, som er perforerte og tillater injeksjon av de kjemiske løsningene erstatter anordningen som er beskrevet ovenfor.

Ideen som er vist i figurene 2 a-e er ganske forskjellig i forhold til det første tilfellet. Flere rør med liten radius er stukket inn i formasjonen, som vist i fig. 2a. Rørene er perforert og løsninger kan trenge ut i den ukonsoliderte formasjonen. Alle disse rørene er koblet til og ender opp i et sylindrisk rør som tilfører løsningene. I hvert horisontale nivå er det åtte jevnt fordelte implanterte rør (figurene 2 c-e). Den samme mengden av løsningene tilføres gjennom hvert rør, og etter hvert blir hele den tilstøtende porøse formasjonen konsolidert. Den radiale fordeling av rørene og følgelig, den radiale fordelingen av de kjemiske løsningene sikrer en uniform konsolidering av formasjonen. Denne radiale fordeling av rør repeteres hver 30 cm i brønnen inntil den totale lengden av det ukonsoliderte laget er behandlet. Fra hvert av rørene kan løsningene A, B og KOH enten sendes gjennom alternerende (fig. 2c) eller en av gangen (fig. 2 d). En annen mulighet er å injisere bare en løsning inn i formasjonen på hvert horisontalt nivå (fig. 2 e-f). Det vil si at de åtte rørene på nivå 1 injiserer løsning A, rørene på nivå 2 injiserer bare KOH løsning, mens rørene på nivå 3 injiserer løsning B og så videre. Figur 3a og 3b viser en lignende prosedyre som for tilfellet 2, imidlertid er det bare to perforerte rør for hvert horisontale nivå. Fra rør nr 1 injiseres en løsning mens rør nr 2 brukes til innsuging. Løsningen blir derfor tvunget inn i en sirkulær bevegelse i den porøse formasjonen. Etter injeksjon av den første løsningen vil injeksjon og strømning av de andre to løsningene også foregå i krumme baner på samme måte. Når injeksjonsprosedyren er avsluttet vil pulsering tilrette-legge for blanding "in situ" (inne i den porøse formasjonen). Figur 4a-b og 5a-b viser en annen tilnærming for "in situ" injeksjon: Et system av rør monteres inne i brønnen og rørene berører brønnens vegger. Lengden på hvert rør er slik at endene berører brønnens vegger. De forskjellige løsningene kan derved injiseres inn i formasjonen på samme måte som beskrevet for fig. 2 c-e. Figur 5a-b viser et system med kun tre rør. Hvert rør injiserer kun en av løsningene. Rørene beveges oppover og nedover for på denne måten å konsolidere det utvalgte område som for tilfelle 1. Så snart det utvalgte området er konsolidert, flyttes tre-rørsystemet til et annet område og prosedyren gjentas inntil tilstrekkelig konsolidering av hele formasjonen er oppnådd. Når konsolideringen er fullført fjernes rørene fra brønnen.

Anordningen som brukes ved den såkalte "Kryss Over Grus-Pakking" framgangsmåten (figur 6), kan også benyttes ved den alternerende injeksjonen av de kjemiske løsningene i formasjonen, som foreslått i foreliggende oppfinnelse. Løsning A kan først injiseres ved hjelp av en pumpeanordning gjennom det sentrale røret. Hoveddelen av løsning A injiseres inn i formasjonen gjennom skjerm rommet. Resten av volumet av løsning A returneres til sitt reservoar (eller til overflaten) via åpningen mellom veggen i brønnen og det sentrale rør ved å følge banen vist i fig. 6. KOH løsningen injiseres så gjennom det sentrale røret. En del av denne trenger inn i formasjonen gjennom skjerm rommet og resten fortrenger rester av løsning A fra bulk område mellom anordningen og skjermen. På samme måte blir løsning B injisert inn i formasjonen og en del fortrenger rester av KOH løsningen og så videre. Denne prosedyren repeteres en rekke ganger inntil det ønskede volum for konsolidering er fylt med de kjemiske løsningene. Disse blandes deretter "in situ" med den samme trykk-induserte puls-teknikken som beskrevet ovenfor.

Plasseringen av de vandig løsningene for tetting av vannlekkasjer i underjordiske konstruksjoner (bergarter) kan gjennomføres ved hjelp av de samme teknikkene som beskrevet for figurene ovenfor. Det viktige med injeksjons-framgangsmåtene er enten å: Injisere de vandig løsningene som skal blandes i separate hull som er boret i berget over og langs taket av, for eksempel, en tunnel som lekker på en slik måte at løsningene møtes inne i porene i berget mellom borehullene med det til følge at mineralene feller ut og blokkerer porene, eller

Injisere de to vandig løsninger, A+B, i det samme borehull med den mellomliggende nøytrale løsningen, C, som et skille mellom løsningene A og B, slik at de ikke blandes før de når frem til bergartens porer. Deretter anvendes et pulserende trykk for å binde løsning A og B inne i porene i berget, ved å utnytte aksial- og side-dispersasjons-fenomenet.

Utfelling av tung løselig salt.

Flere salter er undersøkt i laboratoriet. Noen salter har vist seg å kunne konsolidere sand effektivt med lite tap av permeabilitet og er egnet for bruk i oljebrønner. Disse saltene er derfor egnet for hovedformålet. Andre salter kan redusere permeabilitet i underjordiske formasjoner så mye at vanntransport elimineres, og er derfor mer anvendelig til byggetekniske formål. Den kjemiske ligning for begge eksempler kan skrives på følgende generelle form:

MX2 (aq.) + B2 Y (aq.) = MY (s) + 2BX (aq.)

Salt ISalt 2

De utfelt krystallene av det tungt-løselige MY saltet legger seg som et jevn lag rundt korn-overflatene og binder derved disse sammen uten å redusere permeabiliteten nevneverdig. Avhengig av natur, fasong og størrelse på krystallene, vil hulrom i mellomrommet mellom sandkorn og øvrige porer kunne tettes og transport av vann i formasjonen opphøre fullstendig. En rekke stoffer, kompatible med det ytre miljø, kan benyttes til å danne krystaller med det ønskede resultat. For eksempel,

Materialene Rb og Cs anbefales ikke fordi de er giftige.

Utfelling av alle modifikasjoner av kalsium-karbonat-polymorfene, kalsium-sulfat og kalsium-fosfat er grundig testet i laboratoriet. Alle de ovenfor nevnte saltene ga konsoliderte sand pakker med stor variasjon både i konsolideringsgrad og reduksjon i permeabiliteten til det porøs mediet. For å stabilisere de ovenfor nevnte krystallene, er det benyttet et mulig stabiliseringstrinn. Dette trinnet omfatter injeksjon av en vandig løsning av en organisk fosfor forbindelse i sandlaget, etter at utfellingsprosessen er avsluttet. Denne løsningen hindrer det utfelte saltet i å hydrolysere til andre krystallformer som kan føre til uønskete resultater (dårlig konsolidering), som skyldes endringer i morfologien til avsetningene.

Hovedproblemet med alle de foreslåtte teknikkene for konsolidering av den ukonsolidert formasjonen (enten det er grus pakker, behandling med epoksy harpiks, eller andre kjemiske stoffer), er å få plassert det konsoliderende mediet på rett sted. I de fleste tilfeller er området som trenger forbedring langt fra overflaten (hundrevis av meter, eller til og med kilometer). I noen tilfeller vil vi derfor foreslå bruk av X-pipe teknologi (PCT WO 96/04502), som tillater at de tre løsningene med enkelthet kan introduseres i det nasre brønn område. Denne teknologien tilbyr en smart måte å oppnå styrt væske-til-førsel i oljebrønner, og kan brukes som beskrevet ovenfor for å oppnå formålet med foreliggende konsolideringsoppfinnelse. Teknologier som likner på X-pipe teknologien, kan også benyttes for å administrere konsoliderings-løsningene, som diskutert ovenfor.

Eksempel: Utfelling av oktakalsium-fosfat (OCP) og konsolidering av sandlag.

Kalsium-karbonat, kalsium-sulfat og kalsium-fosfat er noen av de uløselige saltene som er ut-prøvd grundig i laboratoriet. Alle de ovenfor nevnte saltene ga sterkt konsoliderte sand pakker med akseptabel reduksjon i permeabiliteten til det porøse mediet (opp til 40-50% reduksjon). Det skal anmerkes at hvert av disse saltene kunne felle ut i forskjellig form. disse formene kan variere både i sammensetning og i morfologi. For eksempel kan fire krystallformer av kalsium-fosfat felle ut, avhengig av eksperimentelle betingelser (pH, ionestyrke, tilsatsstoffer, osv.) (Koutsoukos and Nancollas, 1987), nemlig:

Hydroksyapatitt, HAP, Ca5(P04)3OH

Dikalsium-fosfat-dihydrate, DCPD, CaHP04C2H20

Trikalsium-fosfat, å-TCP, Ca3(P04)2

Oktakalsium-fosfat, OCP, Ca8H2(P04)6C5H20

Det er funnet at den siste utgaven av kalsium-fosfat, OCP, er den som egner seg best for den aktuelle konsolideringsprosessen. OCP krystallene har et plate liknende utseende, er små i størrelse (1-3 um) og feller nesten uniformt ut, rundt sandkorn. Disse karakteristiske egenskapene resulterer i sterk konsolidering med relativt liten reduksjon i permeabilitet. Det kan selvsagt være mulig å identifisere andre krystalltyper med sammenliknbare egenskaper som også ville egne seg til det samme formål.

OCP kan framstilles ved reaksjon av de løselige kalsium-saltene (f. eks. CaCl2) og fosfater (f. eks. KH2P04):

OCP krystaller dannes fra løsninger hvor molforholdet mellom totalt kalsium, Ca,, og total fosfat, P„ er 1,33, og pH i området 6,0 - 7,0 (Cheng, 1987). Når pH er større enn 7,0 felles HAP, mens DCPD stabiliseres når pH er mindre enn 6,0 (Koutsoukos et al, 1980). Selv for pH verdier mellom 6 og 7 bør magnesium-kloird-hexahydrat (MgCl2C6H20) settes til løsningen, for å stabilisere OCP, for å unngå at de omdannes til den mer stabile HAP (Cheng, 1987). Løsningens ionestyrke justeres med en ikke-reaktiv elektrolytt som f. eks. KN03. Når den utfelte mengden OCP-krystaller øker,

vil sandkornene forbindes sterkt innbyrdes, uten at det porøse medium mister sin permeabilitet.

Det er mange parametere som virker inn på blandings- og utfellings-prosessen. Disse inkluderer tykkelsen på væskelagene som injiseres, saltkonsentrasjonen i hvert lag, strømning og pulsering karakteristika (amplitude, frekvens, tid/antall pulser), og den totale tid eksperimentet varer. Det er utviklet en preliminær modell for injeksjon og blandings prosedyren. Denne modellen kan forutsi konsentrasjonsprofilen for de to saltene ved slutten av en injeksjonsprosedyre. Figur 7 viser konsentrasjonsprofilen for de to saltene ved slutten av en injeksjonsprosedyre.

Betingelser: injeksjonstid for hver plugg, t0 = 4 min., strømningshastighet, Q = 1 ml/min, antall plugger = 6. Denne modellen brukes for å beregne konsentrasjonsprofiler for løst salt, etter løsnings-injeksjon, og antall pulser som er nødvendig for å gi en god blanding som funksjon av amplitude og pulseringsfrekvens. Figur 8 viser konsentrasjonsprofilene for de to saltene i fig. 7 etter blandingsprosessen. Blandingsprosessen ble utført med en amplitude på det pulserende stempelet s = 1 cm, frekvens f = 0.25 Hz, antall pulser = 20 og pulseringslengden var 80 sek. Disse verdiene ble bestemt eksperimentelt.

Tabell 1 oppsummerer data og resultater for et vellykket eksperiment for utfelling av OCP og konsolidering av et sandlag ved 25°C. Laget var opprinnelig av silikatkorn med midlere kom-størrelse, d^ = 0.71 mm . Etter at sanden var pakket, var porøsiteten e0 = 0.36, mens permeabiliteten var 137 Darcy. Mellomrommet mellom sandkornene ble så fylt med 3 plugger KH2P04 løsning, 3 plugger CaCl2 løsning og 12 plugger 10"<3>M KOH løsning, (volumet av hver plugg, Vplug= 4.45 ml). Etter en perfekt blanding med den egnete pulsatoren, var CaCl2 konsentrasjonen 20 mM mens KH2P04 konsentrasjonen var 15 mM (for dannelse av OCP må molforholdet totalt kalsium, Ca, over totalt fosfat, P„ være 1.33). Figur 9 viser skjematisk injeksjonsprosedyren. Som en kan se, injiseres de to løsningene alternerende og mellom dem er det plugger av en vandige KOH-løsning, 10"<3>M. Den vandige KOH-løsningen styrer pH og reaksjons-hastighet. Mellom plugg 1, 2, 3 ble det injisert en plugg KOH, mellom plugg 3,4, 5 to plugger KOH, og mellom 5, 6, og toppen av sandlaget 3 plugger KOH-løsning. Denne sekvensielle injeksjonen av de løselige saltene (med plugger av KOH-løsning mellom lagene) hindrer at utfellingsprosessen starter umiddelbart, og at de øvre lagene av sandlaget ikke tettes igjen med en gang, og åpner for at reaktantene kan trenge dypere inn i sanden. Takket være denne framgangsmåten skjer reaksjonen bare etter at væskene er blandet ved hjelp av pulseringsteknikken, og i løpet av relaksasjonstrinnet, t^ = 10 min. Lengden på relaksasjonstrinnet ble bestemt ved hjelp av uavhengige forsøk i en glassbeholder hvor de to løsningene ble blandet forsiktig og utfellingsreaksjonen overvåket ved endring i pH. Tilsvarende framgangsmåter er testet med 2,4 eller 8 løsningsplugger, og de er like effektive som den nevnt ovenfor. Et eksempel på en prosedyre med 4 plugger er vist i figur 10.

Figur 11 viser et eksempel på et 29 cm langt sandlag som ble konsolidert i løpet av 36 timer med eksperimentelle verdier som angitt i Tabell 1. Sandlaget var konsolidert i 29 cm, og permeabilitets- reduksjonen var opptil 70%. Det ble tatt prøver fra toppen, midten og bunnen av sandlaget og analysert for OCP. Resultatene fra Røntgen, FTTR og Råman Spektroskopi samt SEM analysene viste at det utfelte mineralet i hovedsak var OCP.

Figur 12 viser brodannelse mellom to sandkorn med OCP krystaller, mens fig. 13 viser OCP krystallenes struktur (begge fotografiene ble tatt med SEM).

Litteratur:

1 .Cheng, Pei-Tak, Formation of Octacalcium Phosphate and subsequent transformation to Hydroxy-apatite at low supersaturation: A model for cartilage calcification", Calcif. Tissue Int., 40, 339 (1987) 2.Koutsoukos, P., Amjad, Z., Tomson, M. B., and Nancollas, G.H., "Crystallization of calcium phosphates. A constant composition study", J Crystallisation of Calcium Phosphates, 102, 1553, (1980) 3 .Koutsoukos, P. and Nancollas, G. H., "The mineralization of collagen in vitro", Colloids and

Surfaces, 28, 95 (1987)

4. Penberthy, W. L. and Shaugnessy, C. M., "Gravel-Pack Placement" in Sand control SPE Special Topics Monograph, June 1992, pp. 33-56 5. Bøe, E., Carlsen, H. P., Holgersen, S. and Haugerud, O. S., Norsk Hydro A.S, "Pipe Joint", patent no.: PCT WO96/04502. Date: 15.02.1996.

Claims (14)

1. Framgangsmåte for utfelling av uorganiske salter i porøse media, med styrt konsolidering og permeabilitetstap, hvorved uorganiske salter felles ut i porestrukturen og i rommet mellom sandkorn i sandsteinsformasjoner så som ukonsoliderte hydrokarbon-holdige reservoar eller tilsvarende, eller inne i porene i vanngjennomtrengelig berg, hvor en første løsning av et første løselig salt og en andre løsning av et andre løselig salt blandes på det ønskelige sted for utfelling, og omfatter videre bruk av en ikke-reaktiv elektrolytt for å styre pH og reaksjonshastighet, karakterisert ved at den første og den andre løsningen injiseres alterenerende med en ikke-reaktiv elektrolytt mellom, og fortrinnsvis sist, og ved hjelp av en pumpeanordning som forbindes til det ønskete stedet, skapes en vekselvirkende strømnings-pulsering, ved at anordningen arbeider både forover og bakover.

2. Framgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det etter strømnings-pulseringen er en relaksasjonstid, fortrinnsvis 10 minutter.

3. Framgangsmåte i samsvar med krav 2, karakterisert ved at framgangsmåten gjentas inntil ønsket område er konsolidert, og etter den siste relaksasjonstiden injiseres en løsning av en organisk fosfor-forbindelse.

4. Framgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-3, karakterisert ved at den første løsningen er en vandig løsning av et kalsium-salt, fortrinnsvis CaCl2, med en konsentrason på 5-30 mM.

5. Framgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at den andre løsningen er en vandig løsning av et fosfat, fortrinnsvis KH2P04.

6. Framgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-5, karakterisert ved at den ikke-reaktive elektrolytten er en vandig løsning, fortrinnsvis av KOH, med en konsentrasjon på 0,001 - 0,1 M.

7. Framgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-6, karakterisert ved at ionestyrken til løsningene er justert til omtrent 0,1 M ved bruk av destillert vann, 0,4 M ved bruk av springvann, og 0,62 ved bruk av sjøvann.

8. Framgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-7, karakterisert ved at antall lag av første og andre løsning er 2-8, fortrinnsvis 6.

9. Framgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-8, karakterisert ved at det utfelte materialet er et lite løselig kalsium-salt, fortrinnsvis OCP, Oktakalsium-fosfat, Ca8H2(P04)<*>5H20.

10. Framgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-9, karakterisert ved at de foretrukne verdiene ved strømning pulserings-teknikken er: - pulseringstid i området 0,5-5 min, fortrinnsvis 2 min, - amplitude i området 0,5-5 cm, fortrinnsvis 2 cm, - frekvens i området 0,1-5 Hz, fortrinnsvis 1 Hz, og - relaksasjonstid i området 5-15 min, fortrinnsvis 10 min.

11. En framgangsmåte i samsvar med hvilken som helst av kravene 1-10, karakterisert ved at et salt som inneholder Mg<2+> settes til.

12. En framgangsmåte i samsvar med hvilken som helst av kravene 1-11, karakterisert ved at utfellingsprosessen foregår ved en pH omkring 6,0-7,0, fortrinnsvis ved 6,5.

13. Bruk av en framgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-12, for konsolidering av hydrokarbon-holdige reservoar for å hindre sandproduksjon, uten betydelig reduksjon i reservoarets permeabilitet.

14. Bruk av en framgangsmåte i samsvar med et av kravene 1-12, for å stoppe vannlekkasjer i undergrunns konstruksjoner.