NO314420B1 - Oljebasert sammensetning og fremgangsmåte for tetning av underjordiske soner - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører forbedrede oljebaserte sammensetninger for tetning av underjordiske soner og fremgangsmåter som anvender de oljebaserte sammensetningene.

Ved boring av olje- og gassbrenner ved bruk av roterende boremetoder blir borevæske sirkulert gjennom borestrengen og borkronen og deretter tilbake til overflaten gjennom borehullet som bores. Borevæsken opprettholder hydrostatisk trykk på de underjordiske sonene gjennom hvilke borehullet bores og borkaks sirkuleres ut av borehullet. Under slik boring støter man ofte på underjordiske druserom, frakturer og andre tyvsoner hvorved borevæskesirkulasjonen tapes og boreoperasjonene må stoppes mens avhjelpende tiltak tas. Videre, ved penetrasjon av en underjordisk sone som inneholder fluider under trykk som overskrider det hydrostatiske trykket som utøves på sonen av borevæsken kan det ofte oppstå og oppstår ofte formasjonsfluid-kryssløpsstrømmer og/eller underjordiske utblåsninger.

Hittil har det blitt utviklet og benyttet en rekke forskjellige sammensetninger for bekjempelse av problemer med tapt sirkulasjon, kryssløpsstrøm og underjordisk utblåsning. Slike sammensetninger har imidlertid ofte vært mislykket på grunn av forsinket og utilstrekkelig viskositetsutvikling i sammensetningene. Det har for eksempel blitt benyttet en rekke forskjellige sementsammensetninger i forsøk på å stoppe tapt sirkulasjon. Den tapte sirkulasjonen er vanligvis resultatet av at det påtreffes svake underjordiske soner som inneholder naturlige frakturer eller fraktureres av borevæsketrykk og hurtig nedbrytning. Når en sement eller annen langsomtherdende sammensetning presses inn i sonen, gjør forsinkelsen i utviklingen av høy viskositet at sammensetningen fortynnes og forskyves dypt inn i sonen hvorved den går utenom frakturene og druserommene som forårsaker den tapte sirkulasjonen. Den samme type problem oppstår ofte når tverrbundede hydratiserte geler og andre lignende pluggingssammensetninger anvendes.

I US patent 4.173.999 beskrives en fremgangsmåte for å forhindre fluidtap til en høypermeabel eller oppsprukket formasjon rundt et borehull ved å injisere en oppslemming inn i en oljebrønn for å danne plugg eller barriere mot fluidtapsonen. Oppslemmingen inneholder dieselolje, en vannsvellbar leire slik som bentonitt, en hydratiserbar polymer og et dispergeringsmiddel. EP 280.341 Al angår i det vesentlige sammensetningen av en fraktureringsfluidoppslemming og fremgangsmåte for hydraulisk frakturering ved dens bruk. Oppslemmingen består av et hydrofob oppløsningsmiddel slik som dieselolje, kerosin, mineral- eller planteolje, en organofil bentonittleire, en hydratiserbar polymer slik som hydroksypropylguar eller lignende og et overflateaktivt middel som dispergeringsmiddel.

US patent 3.082.823 angår en fremgangsmåte for å tette igjen en høyporøs eller oppsprukket sone rundt olje- eller gassbrenner ved å injisere en suspensjon av bentonitt og hydratiserbare polymerer i olje ned til fluidtapssonen som danner en ugjennomtrengelig gelbarriere for fluide faser. I US patent 5.151.131 beskrives tilsetningsstoffer som brukes i den pumpbare oppslemmingen mot fluidtap i olje- og gassbrenner. Dette tilsetningsstoffet er et flytende hydrokarbon, en organofil leire, en hydrofil polymer og et overflateaktivt middel som dispergeringsmiddel.

Det er et behov for forbedrede sammensetninger og fremgangsmåter for tetning av underjordiske soner som utvikler ultrahøy viskositet i løpet av noen sekunder eller minutter istedenfor de lange tidsrommene som hittil har vært nødvendig for at tetningssammensetninger skal nå pluggingsviskositet.

Oppfinnelsen representerer forbedrede oljebaserte sammensetninger for tetning av underjordiske soner og fremgangsmåter for anvendelse av sammensetningene, hvilke overvinner ulempene ved den tidligere teknikk og tilfredsstiller de ovenfor omtalte behov. Sammensetningene omfatter hovedsakelig olje, en hydratiserbar polymer, en organofil leire og en vannsvellbar leire. Sammensetningene kan også innbefatte tverrbindingsmidler, dispergeringsmidler, sement, fyllstoffer og lignende.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebrakt en oljebasert sammensetning for tetning av en underjordisk sone for å hindre ukontrollert strøm av fluider inn i eller fra sonen, og denne sammensetningen er kjennetegnet ved at den innbefatter: olje tilstede i en mengde fra 32 til 62 vekt-% av sammensetningen;

en hydratiserbar polymer tilstede i en mengde fra 3 til 6 vekt-% av sammensetningen;

en organofil leire tilstede i en mengde fra 0,3 til 0,6 vekt-% av sammensetningen; og en vannsvellbar leire tilstede i en mengde fra 34 til 62 vekt-% av sammensetningen.

Foretrukne og fordelaktige trekk ved denne sammensetningen fremgår fra de medfølgende krav 2-6.

Når foreliggende tetningssammensetninger kommer i kontakt med vann i borehullet, reagerer den hydratiserbare polymeren med vannet hvorved den hydratiseres og danner en høyviskøs gel og den vannsvellbare leiren sveller hvorved det dannes en masse med ultrahøy viskositet. Den organofile leiren tilføyer viskositet til tetningssammensetningen når den dannes, dvs. den reagerer med oljebærerfluidet og hindrer polymeren og den vannsvellbare leiren i å sedimenteres ut av blandingen.

I en foretrukket utførelse er oljen dieselolje, den hydratiserte polymeren er hydroksyetylcellulose, den organiske leiren er kvaternær alkylammoniumbentonitt, og den vannsvellbare leiren er vannsvellbar bentonitt.

Det er ifølge oppfinnelsen også tilveiebrakt en fremgangsmåte for tetning av en underjordisk sone for å hindre ukontrollert strøm av fluider inn i eller ut fra sonen, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved trinnene: fremstilling av en sammensetning for tetning av underjordiske soner, innbefattende olje, en hydratiserbar polymer, en organofil leire og en vannsvellbar leire; og innføring av tetningssammensetningen i sonen.

Foretrukne og fordelaktige trekk ved denne fremgangsmåten fremgår fra de medfølgende krav 8-11.

Foretrukne utførelser

Som nevnt ovenfor påtreffes det ofte, ved boring av brønner, underjordiske soner som inneholder høye forekomster av naturlige druserom og frakturer. Som et resultat av dette, tapes ofte borevæskesirkulasjon hvilket nødvendiggjør stopping av boringen og implementering av avhjelpende prosedyrer som ofte er langvarige og kostbare. Slike avhjelpende prosedyrer har hittil involvert anbringelsen av herdbare sammensetninger slik som Portlandsement-sammensetninger eller tverrbundede stive geler eller lignende i sonen med tapt sirkulasjon. På grunn av at slike sammensetninger krever betydelig tid for å herde eller geldannes og/eller lett vaskes ut, finner imidlertid plugging av sonen som nevnt ovenfor ofte ikke sted. I tillegg til soner med tapt sirkulasjon av borevæske, kan det påtreffes soner som inneholder fluider under trykk, hvilket forårsaker gass-, olje-og vann-kryssløpsstrømmer som fortynner og vasker bort tetningssammensetninger. Det kan også ofte finne sted undergrunnsutblåsninger ved lave til høye formasj onsfluidstrømningshastigheter.

Foreliggende oljebaserte sammensetninger gir forbedret tetning av underjordiske soner og stopping av tapet av borevæske, kryssløpsstrømmer og/eller underjordiske utblåsninger. Når en sammensetning ifølge oppfinnelsen kommer i kontakt med vann i borehullet, danner den umiddelbart en elastisk tetningsmasse som har ultrahøy viskositet. Idet tetningsmassen forskyves gjennom borehullet kommer den inn i og tetter tyvsoner slik som druserom og frakturer gjennom hvilke væske går tapt. En fleksibel tetning oppnås ved en kombinasjon av ekstrusjonstrykk og friksjonstrykk.

Foreliggende tetningssammensetninger er selvavledende og plugger tallrike svake soner i en enkelt brønnbehandling. Når en brønn blir utsatt for en kryssløpsstrøm eller underjordisk utblåsning, vil de høyviskøse tetningssammensetningene plugge alle de svake lavtrykkssonene som penetreres av borehullet, og når trykket i borehullet økes, så plugges kryssløpsstrøm- eller utblåsningssonen. Det resulterende tettede borehullet oppnådd ved bruk av foreliggende tetningssammensetninger kan holde høyere borevæskevekter i borefronten og frembringe en kileeffekt i pluggede frakturer som øker hele formasjonen eller sonens integritet.

Den delen av en tetningssammensetning som er tilbake i borehullet etter tetning av en eller flere soner deri forblir bevegelig slik at den kan avledes til andre soner over eller under de tettede sonene. Tetningsmassen blir ikke lett fortynnet eller vasket bort av kryssløpsstrømmer slik tilfellet er for de fleste tidligere kjente sammensetningene.

Foreliggende tetningssammensetninger omfatter hovedsakelig olje, en hydratiserbar polymer, en organofil leire og en vannsvellbar leire. Den hydratiserbare polymeren reagerer med vann i borehullet og blir umiddelbart hydratisert, hvorved det dannes en høyviskøs gel. Den vannsvellbare leiren sveller umiddelbart i nærvær av vann og danner sammen med den viskøse gelen en høyviskøs tetningsmasse. Den organofile leiren reagerer med oljebærerfluidet, hvilket øker sammensetningens viskositet slik at polymeren og leiren ikke sedimenteres av oljen før reaksjon med vann i borehullet.

Oljen som benyttes ifølge oppfinnelsen kan være en hvilken som helst olje som ikke på skadelig måte reagerer med andre komponenter i tetningssammensetningene og reagerer med organofile leirer slik at det bevirkes en økning i sammensetningenes viskositet forut for kontakt med vann. Betegnelsen "olje" er benyttet heri i betydningen ikke-vandige væsker inkludert for eksempel dieselolje, mineraloljer, kerosin, vegetabilske oljer, syntetiske oljer, estere, olefiner og lignende. Av disse foretrekkes dieselolje. Oljen som benyttes inkluderes generelt i tetningssammensetningene ifølge oppfinnelsen i en mengde fra 32 til 62 vekt-% av sammensetningene. Når dieselolje benyttes, så inkluderes den fortrinnsvis i sammensetningen i en mengde fra 43% til 53%.

En rekke forskjellige velkjente hydratiserbare polymerer kan benyttes ifølge oppfinnelsen. Generelt innbefatter de hydratiserbare polymerer som inneholder en eller flere av de funksjonelle gruppene slik som hydroksyl, cis-hydroksyl, karboksyl, sulfat, sulfonat, amino eller amid. Særlig nyttige slike polymerer er polysakkarider og derivater derav som inneholder en eller flere av monosakkairdenhetene galaktose, mannose, glukosid, glukose, xylose, arabinose, fruktose, glukuronsyre eller pyranosylsulfat. Naturlig forekommende hydratiserbare polymerer inneholdende de foregående funksjonelle gruppene og enhetene inkluderer guargummi og derivater derav, johannesbrødgummi, tara, konjakk, tamarind, stivelse, cellulose og derivater derav, karaya, xantan, tragant og karragen. Hydratiserbare syntetiske polymerer og kopolymerer som inneholder ovennevnte funksjonelle grupper og som hittil har blitt benyttet inkluderer polyakrylat, polymetakrylat, polyakrylamid, maleinsyreanhydrid, metylvinyleterpolymerer, polyvinylalkohol og polyvinylpyrrolidon.

Foretrukne hydratiserbare polymerer for bruk i foreliggende oppfinnelse som gir høye viskositeter ved hydratisering inkluderer en eller flere av guargummi og guarderivater slik som hydroksypropylguar og karboksymetylguar, cellulosederivater slik som hydroksyetylcellulose, karboksymetylcellulose og karboksymetylhydroksyetylcellulose, johannesbrødgummi, karragengummi og xantangummi. Av disse er den mest foretrukne hydroksyetylcellulose. Den benyttede hydratiserbare polymeren eller polymerene inkluderes i foreliggende tetningssammensetninger i en mengde fra 3 til 6 vekt-% av sammensetningene, mer foretrukket fra 4% til 5%.

Viskositetene til polymerene når disse er hydratisert i vann, kan økes ved kombinasjon av tverrbindingsmidler med polymeroppløsningene. Eksempler på tverrbindingsmidler som kan benyttes er flerverdige metallsalter eller forbindelser som kan frigjøre metallionene i en vandig oppløsning. Eksempler på slike flerverdige metallioner er krom, zirkonium, antimon, titan, jern (ferro eller ferri), sink eller aluminium. Ved benyttelse av et tverrbindingsmiddel som beskrevet i det foregående så inkluderes dette i foreliggende tetningssammensetninger i en mengde fra 0,1 til 3 vekt-% av sammensetningene, mer foretrukket fra 0,1% til 1%.

Mens det kan benyttes en rekke forskjellige organofile leirer, så foretrekkes en kvaternær alkylammoniumbentonittleire. En særlig egnet kvatemær alkylammoniumbentonittleire for bruk i foreliggende oppfinnelse er kommersielt tilgjengelig fra Southern Clay Products, Inc. i Gonzales, Texas, under varebetegnelsen "CLAYTONE-n™". Den organofile leiren er generelt til stede i foreliggende sammensetninger i en mengde fra 0,3 til 0,6 vekt-% av sammensetningene, mer foretrukket fra 0,4 til 0,5%.

Den vannsvellbare leiren kan være en eller flere leirer valgt fra montmorillonitt, attapulgitt, Fullers jord, bentonitt og lignende. Av disse foretrekkes bentonitt. Den vannsvellbare leiren er til stede i tetningssammensetningene i en mengde i området fra ca. 34 til ca. 62 vekt-% av sammensetningene, mer foretrukket fra 42 til ca. 53%.

For å lette dispergeringen av de faste materialene, dvs. den hydratiserbare polymeren, den organofile leiren og den vannsvellbare leiren, i det benyttede oljebærerfluidet, kan en effektiv mengde av et dispergeringsmiddel inkluderes i tetningssammensetningene. Det kan benyttes forskjellige dispergerende overflateaktive midler, inkludert lecitin, aminododecylbenzensulfonat, arylalkylnatriumsulfonat, imidazolin og andre. Av disse foretrekkes lecitin.

Inerte fyllstoffer kan inkluderes i tetningssammensetningene for å øke utbyttet av sammensetningene nede i hullet og/eller gi sammensetningene ytterligere hardhet. Eksempler på slike fyllstoffer er silisiumdioksidmel, kolloidal silisiumdioksid, pozzuolan og lignende. Herdbare hydrauliske materialer slik som Portlandsement og slagg kan også tilsettes til tetningssammensetningene for å endre og/eller forbedre egenskapene til tetningsmassene dannet når tetningssammensetningene kommer i kontakt med vann i et borehull.

Tetningssammensetningene kan også skummes med nitrogen eller annen egnet gass i nærvær av et skummemiddel for å redusere sammensetningenes densiteter, hindre fluidtap og hjelpe avledningen av sammensetningene inn i soner som skal tettes. Et egnet skummemiddel som kan benyttes er et overflateaktivt fluorkarbon bestående av en kopolymer av følgende to monomerer:

Andre additiver som er velkjent for fagfolk innen teknikken kan også inkluderes i sammensetningene.

En særlig foretrukket tetningssammensetning ifølge oppfinnelsen omfatter dieselolje til stede i en mengde fra 43 til 53 vekt-% av sammensetningen, hydroksyetylcellulose til stede i en mengde fra 4 til 5 vekt-% av sammensetningen, en kvaternær alkylammoniumbentonittleire til stede i en mengde fra 0,4 til 0,5 vekt-% av sammensetningen og vannsvellbar bentonitt til stede i en mengde i området fra 42 til 53 vekt-% av sammensetningen.

Foreliggende tetningssammensetninger kan fremstilles i overensstemmelse med hvilke som helst velkjente blandeteknikker. I en foretrukket fremgangsmåte blir oljen først innført i en blander. Dispergeirngsmidlet og andre flytende additiver blir deretter tilsatt fulgt av den hydratiserbare polymeren, den organofile leiren, den vannsvellbare leiren og andre tørre faste stoffer. Blandingen omrøres i en tilstrekkelig tidsperiode til å blande komponentene og danne en pumpbar oppslemming.

Foreliggende fremgangsmåter for tetning av en underjordisk sone for å hindre ukontrollert strøm av fluider inn i eller fra sonen omfatter hovedsakelig trinnene med fremstilling av en sammensetning for tetning av en underjordisk sone ifølge oppfinnelsen omfattende olje, en hydratiserbar polymer, en organofil leire og en vannsvellbar leire, og deretter innføring av tetningssammensetningen i den sonen som skal tettes. Generelt fremstilles tetningssammensetningen i blandeapparat ved overflaten og pumpes deretter ned gjennom borehullet inn i den sonen som skal tettes ved et høyt trykk hvorved tetningsmassen som dannes i borehullet presses inn i frakturer og druserom deri. Et fluidtrykk over sonens frakturgradient kan også benyttes i noen anvendelser for å frakturere sonen som tettes og presse tetningssammensetningen inn i frakturene hvorved sonens totale styrke økes. Som nevnt, går tetningssammensetningen først inn i de svakeste delene av sonen fulgt av andre deler inkludert de der fluider kryssløpsstrømmer gjennom borehullet eller utblåses i borehullet. Tetningssammensetningen stopper væsketap og gjør at høye borevæskedensiteter kan benyttes etter behov ved boring i front. Når tetningssammensetningen har blitt anbragt, øker den frakturgradienten til en høyere verdi som kan eliminere nødvendigheten av mellomrør, boreforinger og lignende. På grunn av at tetningssammensetningen lett avledes til andre svakere soner i borehullet, blir hele borehullets integritet forbedret av tetningssammensetningen.

For ytterligere å illustrere foreliggende sammensetninger og fremgangsmåter gis følgende eksempler.

Eksempel 1

En oljebasert tetningssammensetning ifølge oppfinnelsen omfattende dieselolje tilstede i en mengde fra 43 til 53%, hydroksyetylcellulose tilstede i en mengde i området fra 4 til 5%, en kvaternær alkylammoniumbentonitt tilstede i en mengde i området fra 0,4 til 0,5% og vannsvellbar bentonitt til stede i en mengde i området fra 42 til 53%, alle beregnet på vekt av sammensetningen, ble fremstilt i laboratoriet. En porsjon av tetningssammensetningen ble tilsatt til en Hk porsjon av en vannbasert borevaeske. I løpet av ca. 10 sekunder var det dannet en fast høyviskøs masse som hadde en støpbar konsistens.

Eksempel 2

I en brønn under boring med vannbasert borevæske støtte man på en meget permeabel og/eller frakturert sone hvorved ca. 60 fat per time av borevæsken gikk tapt. Det ble fremstilt en oljebasert tetningssammensetning som beskrevet i Eksempel 1 ovenfor. Like porsjoner av sammensetningen ble pumpet ned gjennom borerøret og ned gjennom ringrommet, hver i en mengde på 1 fat per minutt. Etter hvert som sammensetningen reagerte med den vannbaserte borevæsken i borehullet, ble det dannet høyviskøse elastiske masser som gikk inn i og tettet de meget permeable og/eller frakturerte sonene gjennom hvilke borevæsketapene foregikk, hvoretter boring ble gjenopptatt.

Claims (11)

1. Oljebasert sammensetning for tetning av en underjordisk sone for å hindre ukontrollert strøm av fluider inn i eller ut fra sonen,karakterisertv e d at den innbefatter: olje tilstede i en mengde fra 32 til 62 vekt-% av sammensetningen; en hydratiserbar polymer tilstede i en mengde fra 3 til 6 vekt-% av sammensetningen; en organofil leire tilstede i en mengde fra 0,3 til 0,6 vekt-% av sammensetningen; og en vannsvellbar leire tilstede i en mengde fra 34 til 62 vekt-% av sammensetningen.

2. Oljebasert sammensetning ifølge krav 1,karakterisertv e d at oljen er valgt fra gruppen bestående av dieselolje, mineraloljer, kerosin, vegetabilske oljer og syntetiske oljer, estere og olefiner, fortrinnsvis dieselolje.

3. Oljebasert sammensetning ifølge krav 1,karakterisertv e d at den hydratiserbare polymeren er valgt fra gruppen bestående av en eller flere av guargummi, hydroksypropylguar, karboksymetylguar, hydroksyetylcellulose, karboksymetylcellulose, karboksymetylhydroksyetylcellulose, johannesbrødgummi, karragengummi og xantangummi, fortrinnsvis hydroksyetylcellulose.

4. Oljebasert sammensetning ifølge krav 1,karakterisertv e d at den organofile leiren er en kvatemær alkylammoniumbentonitt.

5. Oljebasert sammensetning ifølge krav 1,karakterisertv e d at den vannsvellbare leiren er valgt fra gruppen bestående av montmorillonitt, attapulgitt, Fullers jord og bentonitt, fortrinnsvis bentonitt.

6. Oljebasert sammensetning ifølge krav 1,karakterisertv e d at den ytterligere omfatter en effektiv mengde av et dispergeringsmiddel, fortrinnsvis lecitin.

7. Fremgangsmåte for tetning av en underjordisk sone for å hindre ukontrollert strøm av fluider inn i eller ut fra sonen,karakterisert vedtrinnene: fremstilling av en sammensetning for tetning av underjordiske soner, innbefattende olje, en hydratiserbar polymer, en organofil leire og en vannsvellbar leire; og innføring av tetningssammensetningen i sonen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7,karakterisert vedat oljen velges fra gruppen bestående av dieselolje, mineraloljer, kerosin, vegetabilske oljer og syntetiske oljer, estere og olefiner, fortrinnsvis dieselolje, og er til stede i en mengde fra 32 til 62 vekt-% av sammensetningen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8,karakterisert vedat den hydratiserbare polymeren velges fra gruppen bestående av en eller flere av guargummi, hydroksypropylguar, karboksymetylguar, hydroksyetylcellulose, karboksymetylcellulose, karboksymetylhydroksyetylcellulose, johannesbrødgummi, karragengummi og xantangummi, fortrinnsvis hydroksyetylcellulose, og er til stede i en mengde fra 3 til 6 vekt-% av sammensetningen.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 7,karakterisert vedat den organofile leiren er en kvaternær alkylammoniumbentonittleire, og er til stede i en mengde fra 0,3 til 0,6 vekt-% av sammensetningen.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 7,karakterisert vedat den vannsvellbare leiren velges fra gruppen bestående av montmorillonitt, attapulgitt, Fullers jord og bentonitt, fortrinnsvis bentonitt, og er til stede i mengde fra 34 til 62 vekt-% av sammensetningen.