NO316293B1 - Fluidsystem for regulering av fluidtap ved utvinning av hydrokarboner og fremgangsmåte for beskyttelse av et borehul under enhydrokarbonutvinningsoperasjon - Google Patents

Description

Denne patentsøknad er en delvis videreføring av US-patentsøknad nr 07/964 413 inngitt 21 oktober 1992

Oppfinnelsen angår fluid- eller slamsysterner for anvendelse ved regulering av fluidtap under hydrokarbonutvinnings-prosesser, så som boring, frakturermg, gruspakkmg og brønn-overhalinger, og mer spesielt slike fluider, ved ett aspekt, som danner en holdbar, tynn filterkake, men som er lett å fjerne og resulterer i liten ødeleggelse av formasjonens permeabilitet Oppfinnelsen omhandler videre en fremgangsmåte for beskyttelse av et borehull under en

hydrokarbonutvmnmgsoperasjon og regulering av fluidtap under en slik operasjon

Horisontale brønner som er boret og komplettert i reservoarer med ustivnet sand, er i det siste blitt mulige på grunn av ny teknologi og nye kompletteringsmetoder Brønner av denne type fordrer sandregulermg, for eksempel så som gruspakninger i lange uforede hull eller installasjon av mekaniske sandutelukkelsesanordninger (fyllstykker med spal-ter, for-pakkede sikter osv) Vellykkede brønner er blitt komplettert med horisontale produserende intervaller så lange som 550 m under anvendelse av disse sandreguleringsmetoder

Brønnene bores vanligvis med vanlige boreslam til toppen av det produserende lag, og foringsrøret innstilles Semen-ten utbores deretter til formgsrør-skoen, og skoen utprøves

Boreslammet erstattes så med et "borefluid med lavt ødeleg-gelsespotensial" som vanligvis består av polymerer, viskosi-tetsforøkende midler og løselige partikler for oppbygging av en filterkake Partiklene er vanligvis gradert salt (NaCl) eller gradert kalsiumkarbonat (CaC03) , skjønt fordelingen av størrelsen av partiklene i et spesielt gradert produkt aldri har representert noe problem Disse forbindelser anvendes fordi de er løselige i undermettede saltløsninger eller saltsyreløsninger Ett problem når det gjelder filterkaker ifølge teknikkens stand er at de ofte er vanskelig å fjerne, idet det fordres høye trykk for å gjøre dette Under slike betingelser skjer det ødeleggelse av formasjonen Slik ødeleggelse antas å forekomme på grunn av at filterkaken invaderer formasjonen og blir "sementert" til denne og må fjernes med makt ved høyt trykk, den kraftfulle fjerning antas å forårsake ødeleggelse av formasjonens permeabilitet

Etter at intervallet med det ufdrede hull er blitt boret til total dybde, anbringes gruspakningssikten eller sand-utelukkelsesinnretnmgen i intervallet med det uffirede hull

For utførelse av dette, blir det nødvendig å sirkulere borefluidet fra det ufdrede hull slik at brønnen kan gruspakkes eller at sandutelukkelsesinnstillingen kan utprøves Erstat-ning av borefluidet med en faststoff-fri kompletterings-saltløsning, vanligvis gjort viskøs med en vannløselig polymer, f eks hydroksyetylcellulose (HEC) eller xantumgummiderivat, er nødvendig Hensyn til fysisk erodering av filterkaken med kompletteringsfluidet, er også alltid et problem -Det vil si at filterkaken bør ha en holdbarhet og være stabil nok til at kompletteringen eller annen operasjon kan finne sted og beskytte borehullet under hele operasjonen

Det ideelle boreslam eller borefluid vil mekanisk forsegle alle poreåpninger som er uforede i borehullet, være intakt under kompletteringsoperasjoner og deretter lett fjernes ved produksjon av olje eller gass Det oppstår problemer ved utforming av disse fluider eller slam på grunn av at produksjonssoner varierer når det gjelder trykk, permeabilitet, porøsitet og formasjonsform Vanligvis fordrer fluider som anvendes til regulering av fluid-utlekking i gjennomtrengelige formasjoner, en begynnelses-høytrykkstopp før fjerningen kan begynne, på ca 2100-3500 kPa Denne trykktopp angir ødeleggelse av den opprinnelige permeabilitet hos den gjennomtrengelige formasjon Det vil være ønskelig om det kan oppfinnes fluider som lett vil danne en ugjennomtrengelig filterkake for forhindring av tap av kostbare kompletteringsfluider til formasjonene, og som effektivt beskytter den opprinnelige gjennomtrengelige formasjon under forskjellige kompletteringsoperasjoner så som gruspakking eller borehull-overhalinger På samme tid er det imidlertid også meget ønskelig at filterkaken er lett fjernbar ved begynnelsen av produksjonen, slik at det forårsakes liten eller ingen ødeleggelse av formasjonen

Tidligere viste U S Patent 5 228 524 et fluidsystem som anvender graderte kalsiumkarbonat partikkelstorreIser og et modifisert lignosulfat Eventuelt kan en tiksotrop polymer slik som en welan eller xantumgummipolymer anvendes for å holde CaC03 og lignosulfonatet i suspensjon Det vises som viktig at kalsiumkarbonatpartiklene er distribuert over et bredt størrelsesområde for å effektivt forhindre filtrering eller fluidtap mn i formasjonen Videre må lignosulfonatet være polymerisert i en utstrekning som er effektiv for å redusere dets vannløselighet Det modifiserte lignosulfonat (lignm sulfonat) er nødvendig for å dannelsen av en filterkake vesentlig på overflaten av brønnhullet Siden filterkakepartiklene ikke invaderer borehullet på grunn av virkningen av det modifiserte lignosulfonatet, forekommer ikke noe høytrykkstopper under fjerningen av filterkaken, hvilket indikerer skade på formasjonen og borehulloverflaten og typisk reduserer total permeabilitet for formasjonen Fluidets reologiske egenskaper tillater det å anvendes i mange applikasjoner hvor beskyttelse av den opprinnelige permeable formasjonen er ønskelig Applikasjonene inkluderer, men er ikke begrenset til, boring, frakturering og kontrollering av fluidtap under kompletteringsoperasjoner, slik som gruspakning eller borehull overhaling

Foreliggende oppfinnelse omhandler et fluidsystem anvendt i en fremgangsmåte for å beskytte et borehull og kon-trollere fluidtap under en hydrokarbongjenvmningsoperasjon, hvor fluidet omfatter et ikke-ionisk polysakkarid av sklero-glukantype og minst en polymerisert stivelse som vist i kravene, i motsetning til det som er vist i U S Patent 5 228 524 som anvender et fluidsystem som omfatter et modifisert lignosulfonat og en tiksotrop polymer

Det er følgelig et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et fluidsystem som danner en tynn filterkake med meget stor holdbarhet på den gjennomtrengelige formasjon, og forhindrer fluidtap til denne

Det er et annet formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et fluidsystem som danner en filterkake som lett kan fjernes med liten eller ingen ødeleggelse av formasjonen

Det er enda et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et fluidsystem for regulering av fluidtap, som har anvendelse under boring, komplettering og stimulering av gjennomtrengelige reservoarer, under forskjellige slike operasjoner så som gruspakking eller borehull-overhalinger

Det er et ytterligere formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for beskyttelse av et borehull under en hydrokarbonutvinmngsoperasjon og regulering av fluidtap under en slik operasjon

Ved utførelse av disse og andre formål med oppfinnelsen er det i én form tilveiebrakt et fluidsystem for regulering av fluidtap under hydrokarbonutvinnings-operasjoner, med vann, en fordeling av graderte kalsiumkarbonat-partlkkelstør-relser', en biopolymer som er et ikke-ionisk polysakkarid av skleroglukantypen, og en polymerisert stivelse

Det er blitt oppdaget et fluidsystem under anvendelse av gradert kalsiumkarbonat, et ikke-ionisk polysakkarid av skleroglukantypen, en polymerisert stivelse og vann, som har unike egenskaper når det gjelder regulering av fluidtap til gjennomtrengelige formasjoner Mekanismen skyldes tilsynela-tende fluidets unike filterkake-egenskaper Fluidet danner en tynn kake med meget stor holdbarhet, som virker som en reguleringsventil for den gjennomtrengelige formasjon Fluidet ifølge denne oppfinnelse har, overraskende nok, liten eller ingen fjerningstrykk-topp, selv når det anbringes ved høyt differensialtrykk Undersøkelse har vist at filterkaken fra fluidet ifølge oppfinnelsen er lett å fjerne og gir meget liten eller minimal ødeleggelse av den opprinnelige permeabilitet av den gjennomtrengelige formasjon De reologiske egenskaper hos dette fluidet gjør at det kan anvendes ved en rekke anvendelser hvor beskyttelse av den opprinnelige gjennomtrengelige formasjon er ønskelig For eksempel innbefatter anvendelsene boring, frakturering og regulering av fluidtap under kompletteringsoperasjoner så som gruspakking eller brønnborings-overhalinger

Fluidsystemene ifølge denne oppfinnelsen omfatter

vann,

en fordeling av kalsiumkarbonatpartikler med graderte størrelser,

et ikke-ionisk polysakkarid av skleroglukan-typen, og en polymerisert stivelse

På grunn av at fluider med forskjellige karakteregenskaper, så som forskjellige densiteter osv, vil har forskjellige behov, er det vanskelig å spesifisiere med nøyaktighet andeler av komponentene for alle borefluider

Ved én vid utføreIsesform av oppfinnelsen er andelene av de forskjellige komponenter i området ca 70 - 90 vekt% vann, ca 10-30 vekt% graderte kalsiumkarbonat-partikler, ca 0,25-1 vekt-% av biopolymeren og ca 1-3 vekt% av den polymeriserte stivelse Mest foretrukket er andelene av fluidkomponentene i området ca 82-85 vekt% vann, ca 13-14 vekt% blanding av graderte kalsiumkarbonat-partikkelstørrelser, ca 0,4-0,5 vekt% av biopolymeren og ca 1,5-2,0 vekt% av den polymeriserte stivelse Andelsområdene gitt ovenfor er basert på et fluid med ca 4% KCl, gitt en endelig fluid-densitet på ca 1,104 kg/l Andre andeler vil være egnet for saltløsnmger med forskjellige densiteter, for eksempel en saltløsning med høyere densitet på 1,74 kg/l kalsiumklorid-kalsiumbromid Andre bestanddeler kan også være tilstede i borefluidsystemet så lenge de ikke påvirker systemets ytelse på noen uheldig måte

I en utførelsesform danner fluidsystemet ifølge foreliggende oppfinnelse en varig filterkake sm kan fjernes ved hjelp av fremstilte reservoirfluider

I et annet aspekt omfatter oppfinnelsen en fremgangsmåte for beskyttelse av et borehull under en

hydrokarbonutvmningsoperasjon og regulering av fluidtap under en slik operasjon, som er kjennetegnet ved at den omfatter de trinn

et fluidsystem for regulering av fluidtap under hydrokarbonutvmningsoperasjoner, injiseres i borehullet, idet borehullet har en overflate, og fluidsystemet omfatter

vanilj-

en fordeling av kalsiumkarbonat-partikler med graderte størrelser, og

minst ett ikke-ionisk polysakkarid av skleroglukantypen, og

minst én polymerisert stivelsestype,

idet fluidsystemet får frembringe en filterkake på overflaten av borehullet,

hydrokarbonutvinningsoperasjonen utføres i filterkaken i borehullet, og

filterkaken fjernes fra borehullet

I en utførelsesform av fremgangsmåten omfatter fluidsystemet ca 70-90 vekt% vann, ca 10-30 vekt% blanding av kalTsiumkarbonatpartikler med graderte størrelser, ca 0,25-1 vekt% ikke-ionisk polysakkarid av skleroglukantypen og fra ca 1 til ca 3 vekt% polymerisert stivelse

I en annen utførelsesform av fremgangsmåten omfatter fluidsystemet ca 73-83 vekt% vann, ca 13-24 vekt% blanding av kalsiumkarbonatpartikler med graderte størrelser, ca 0,4-0,5 vekt% ikke-ionisk polysakkarid av skleroglukantypen og fra ca 1,5 til ca 2,0 vekt% polymerisert stivelse I en annen utførelsesform fjernes filterkaken ved hjelp av fremstilte reservoarfluider i trinnet for fjerning av filterkaken fra borehullet

Det er viktig at kalsiumkarbonat- (CaC03) -partiklene graderes slik at størrelsesfordelingen blir forholdsvis bred eller vid og resulterer i en tynn filterkake med meget lav permeabilitet, slik at minimal mvadering av partikler og filtrat vil finne sted når filterkaken dannes på borehullet

Det vil si at disse boreslam eller borefluider er spesielt utformede systemer for anvendelse for boring av en produk-sjonssone med minimal ødeleggelse av formasjonen, og således av den etterfølgende produksjon av hydrokarboner Man vil derfor forstå at den nøyaktige gradering for et spesielt fluid vil i stor grad avhenge av formasjonens permeabilitets-karakteristika Med betegnelsen "gradert" menes det generelt at kalsiumkarbonat-partiklene har en viss definert størrel-sesfordeling Det er blitt oppdaget i blandingen ifølge denne oppfinnelse at det graderte CaC03 bør ha forholdsvis vid, snarere enn snever, størrelsesfordelmg Det vil si at partiklene ikke bør ha for mye av noen bestemt størrelse i den andel som anvendes i fluidet For eksempel har ca 100% av partiklene i produktet Baker Hughes INTEQ W 0 30C (grov) en diameter på under 2 00 jim, men bare ca 40% av partiklene er mindre enn 100 fim, hvilket viser at de fleste partikler er mellom 100 og 200 nm, hvilket kan være for snever fordeling for de fleste anvendelser av fluidene ifølge oppfinnelsen Et produkt så som Hubercarb Q-200 har en størrelsesfordeling som passer mer nøyaktig til de typiske formasjons-poredia-metre Dets størrelsesfordeling er 96% mindre enn 76 /im, 82% mindre enn 44 //m, 50% mindre enn 2 0 Jim og 28% mindre enn 10 nm " Det vil forstås at selv om en spesiell grad av kalsiumkarbonat er for snever for dette fluid, kan det ved blanding av to eller flere grader av kalsiumkarbonat fås en par-tikkelstørrelsesfordelmg som er passende Hvis for eksempel Hubercarb Q-200-grad er akseptabel, kan man nærme seg en slik fordeling ved hjelp av blandinger av andre produkter, f eks 50% av Huber-produktene M-50 og Q-200 eller til og med en blanding av 66% M-50 og 33% Q-200 Eksempler på kommersielt tilgjengelig gradert kalsiumkarbonat som kan være egnet ved denne oppfinnelse, enten alene eller som blandinger, innbefatter, men er ikke begrenset til, W O 30F, W 0 30C og Mil-Carb som selges av Baker Hughes INTEQ, M-3, M-4, M-6, M-50, M-70, M-200, M-300, Q-60, Q-100 og Q-200, som selges av J M Huber Corp Partikkelstørrelsesf ordelmgen i f luidsystemet ifølge denne oppfinnelsen bør ideelt være en fordeling som er nær, eller i nærheten av, dette materiale Ved ett aspekt ved oppfinnelsen har det en fordeling ifølge følgende tabell

A

Det antas, uten at man er begrenset til noen bestemt teori, at en for snever fordeling gir for mange av den samme partikkelstørrelse, som derfor har tendens til å stables som klinkekuler med mellomrom eller avstander mellom de forholdsvis jevne partikler, hvilket muliggjør fluidstrømning gjennom Ved anvendelse av en fordeling av forskjellige størrel-ser, fylles åpningene mellom de større partikler med de suksessivt mindre partikler Permeabilitet og porøsitet er en funksjon av porehals-størrelsen av partiklene som utgjør formasjonen Ved anvendelse av ett ikke-begrensende eksempel, hvis den gjennomsnittlige porehalsstørrelse hos den bestemte formasjon er x, kan størrelsen av partiklene som anvendes som de brodannende partikler i filterkaken, være x/6 eller ifølge en annen formel Som forklart ovenfor, bør imidlertid ikke alle flltermediumpartiklene være x/6, men de bør være fordelt eller gradert rundt punktet x/6 For eksempel vil x/2-fluidpartikler "bygge bro" over rommene mellom x-kornene i formasjonen I sm tur vil x/3-partikler bygge bro mellom x/2, som i sin tur vil bli brobygget ved hjelp av x/4-partiklene, og så videre (til og ut over mindre enn x/6, til x/7 osv) inntil det finner sted fullstendig blokkering Skjønt dette er en over-forenklet illustrasjon, forklarer den hvorfor et fluid med vid eller gradert fordeling av kalsiumkarbonat-partikkelstørrelser danner en mer ugjennomtrengelig filterkake enn et fluid med en mer snever fordeling og jevn partikkelstørrelse Det fremgår også at det ikke er mulig å spesifisere den nøyaktige størrelsesfordeling av partiklene i hvilket som helst gitt fluid, siden fordelingen avhenger av den gjennomsnittlige porehalsstørrelse hos formasjonen hvor fluidet skal anvendes

Én ikke-begrensende hypotese om hvordan oppfinnelsen virker innbefatter den polymeriserte stivelse og ikke-ioniske polysakkarid-polymerer som belegger eller innkapsler kalsiumkarbonat -partiklene med et tynt skall på en "løs" måte som i det vesentlige dekker og beskytter overflaten av borehullet uten lTivadering eller inntrenging i formasjonen Den således oppbygde flltrekake har på en enestående måte en holdbarhet under operasjoner, men kan lett fjernes i begynnelsen av fluiderstatnings- og hydrokarbonutvmningsfasen, med liten eller ingen trykktopp Mangelen på trykktopp antas å skyldes det faktum at filterkaken ikke invaderer formasjonen eller danner en kake som er for sterkt forbundet og stiv, og som skrelles bort partikkel for partikkel i stedet for i klumper eller masser For eksempel kan filterkakene fra fluidtap-systemet ifølge denne oppfinnelse fjernes ved trykk som er lik eller mindre enn 70 kPa

Det er blitt vist at virkningene av "hudødeleggelse"

(meget grunn permeabilitetsødeleggelse i formasjonen fra borehullet, total tykkelse 3,05 cm) når det gjelder beregnet produksjon, kan være meget minimal Hvis permeabiliteten reduseres med 5 0% i et lite rom-område som ved hudødeleggelse (15,2-18,3 cm lnvadenng fra borehullet), er den totale virkning på produksjonen ubetydelig, idet det bare finner sted en 2,1% reduksjon Hvis på den annen side ødeleggelse av formasjonen fortsetter å redusere permeabiliteten i dypere grad (f eks fra 15 cm til 3 meter inn i formasjonen), kan produksjonen reduseres med 26%

Ved én utførelsform av oppfinnelsen er borehullet i en formasjon med permeabilitet, og hvor permeabiliteten av formasjonen før lnjisenng av f luidsystemet er Kx og permeabiliteten av formasjonen etter fjerning av filterkaken fra borehullet er Kf Ved anvendelse av fluidtap-systemet ifølge denne oppfinnelsen er Kf/ Kx i området fra 0,5 til 1,0, foretreukket fra 0,90 til 1,0, mer foretrukket 0,95-1,0 I mange kommersielle systemer er Kf/K^ mye mindre enn 0,9

Med betegnelsen "biopolymer" menes vanligvis en vann-løselig polymer som fås ved innvirkning av bakterier, sopp eller annen livsform på karbohydrater Formålet med biopolymeren er å bygge viskositet inn i fluidsystemet for suspende-ring og rnedføring av faststoffer For denne oppfinnelses formål er de egnede biopolymerer ikke-ioniske polysakkarider av skleroglukantypen Ikke-ioniske polysakkarider av skleroglukantypen kalles noen ganger også polysakkand-gummityper eller "polyglukaner Et handelsnavn for et spesielt skleroglukan som er funnet å være egnet for denne oppfinnelse, er ACTIGUMc CS 6 DF, fremstilt av Sanofi Bio Industries Dette produkt er beskerevet som en polysakkarid-gummitype som dannes av en sopp under anvendelse av en aerob fermenteringsprosess Prosessen er således lik den som anvendes for fremstilling av xantumgummi eller xantan, men det anvendes en annen bakterie ACTIGUM CS 6 DF er videre beskrevet som et polyglukan, hvor bindingene er spesifisert som (1-3)(1-6) Polymeren viser seg å ha ikke-ionisk beskaffenheten, siden den vil dispergeres og hydratiseres ved forhøyet temperatur i saltløsningene med høy densitet, så som kalsiumklorid- og kalsiumbromid-saltløsninger Den har en fordel fremfor hydroksyletylcellulose ved at den lave skjær-reologi viser gelbyggingsegenskaper som er nødvendige for faststoffsuspen-sjoner Den viser også gode temperatur-tynngjørmgsegenska-per på den måte at viskositeten forblir forholdsvis konstant over et vidt temperaturområde Andre skleroglukan-polymerer med de ovenfor oppregnede egenskaper vil være egnede

En annen nødvendig komponent i fluidsystemet ifølge denne oppfinnelse er en polymerisert stivelsestype Det er klart at den polymeriserte stivelse er et materiale som er annerledes enn biopolymeren beskrevet ovenfor Stivelsen bør fastslås å være forenlig med biopolymeren og dessuten å forøke biopolymerens viskositets-stabiliserende egenskaper Den polymeriserte stivelse tilsettes også som et sekundært brodannelsesmiddel eller flltrerm<g>sre<g>uleringsmiddel I ett ikke-begrensende eksempel fås en egnet polymerisert stivelse fra Chemstar kalt Exstar 2205 Dette produkt ble valgt blant flere produkter basert på sme gode utlekkingsregulerings- og returpermeabilitetsresultater Skjønt molekylvekten for den er ukjent, er molekylvekten blitt øket ved polymerisering, og tjener således som et mer effektivt brodannelsesmiddel i systemet ifølge oppfinnelsen, sammenliknet med mer vanlige stivelsestyper

Fluidtapsystemet ifølge denne oppfinnelsen gir en filterkake som ikke må fjernes fra veggen av formasjonen eller fra for-pakkede perforeringer før gruspakking Filterkaken vil gå" gjennom gruspakningen og sikten Alle kommersielt tilgjengeJLige produkter fordrer fjerning av filterkaken før anbringelse av gruspakningen, på grunn av at fjerningen av den ødelegger formasjonen, og kakematerialet vil ikke gå gjennom gruspakningen og sikten Filterkaken som dannes ved fluidtap-systemet ifølge oppfinnelsen, og fluidet, vil, ved anvendelse som en for-pute for "frak-pakningen", gå gjennom frak-pakningen Alle produkter med denne beskaffenhet på markedet er ødeleggende og vil ikke gå tilbake gjennom pakningen Partiklene i filterkaken vil for eksempel lett gå gjennom sanden som anvendes til å støtte opp mellom sprekkene i formasjonen Filterkakens evne til å gå gjennom disse strukturer er ytterligere tegn på at den kan bryte opp én partikkel om gangen, i stedet for i masser eller klumper

Oppfinnelsen vil nå bli ytterligere beskrevet ved anvendelse av de følgende ikke-begrensende eksempler, som bare er illustrerende uten å være begrensende

EKSEMPLER 1 OG 2

Et fluid/slam-system ifølge denne oppfinnelse (eksempel 1) og ett system med mer vanlig utformning (eksempel 2) ble sammensatt som beskrevet i tabell I

For begge eksempler ble de dynamiske HPHT-f lltrermgsen-hets-fbrsøksparameterne holdt på 300 omdr pr mm , 3500 kPa og 121°C _ Resultater fra dynamisk filtrering er som vist i tabell II Eksempel 2

Analysering av returpermeabilitet ble utført med Berea sandstein med høy permeabilitet LVT-200 ble anvendt for simulering av olje Returpermeabiliteten ble bestemt til 90% for fluidet ifølge eksempel 1 og 60% for fluidet ifølge eksempel 2 Det fremgår at fluidet ifølge oppfinnelsen i eksempel 1 hadde bedre fluidtap-regulering (26,0 sammenstilt med 30,6 ved 30 minutter) og bedre returpermeabilitet (90% sammenstilt med 60%)

EKSEMPEL 3

Borefluider undersøkt i dette eksempel var to forskjellige kalsiumkarbonat-fluider med forskjellige partikkelstør-relsesfordelinger, og et borefluid med gradert salt Borefluidet DFA ifølge denne oppfinnelse var et fluid med gradert kalsiumkarbonat, anbefalt for anvendelse for reservoarer med permeabilitet på fra 60 millidarci (md) til 5000 md Dette fluid besto av vannløselige polymerer og det graderte kalsiumkarbonat

DFA - Borefluid A - er et 4 % KC1 standardfluid (40 g/l KC1) som i tillegg inneholder 143 g/l kalsiumkarbonat B-641, 4,3 g/l ACTIGUMc CS 6 DF og 17,1 g/l Exstar 2205

DFB - Borefluid B anvender den samme polymersammenset-ning som DFA, men med et kalsiumkarbonat med en annen partik-kelstørrelse DFB viser effekten av å velge en for snever partikkelstørrelsesfordelmg Spesifikt ble partikkelstør-relsesfordelingen tilpasset for 3000 md av reservoar-permeabiliteten og ble ikke så vidt fordelt over så mange størrel-ser som fordelingen for DFA

DFC - Borefluid C - er et fluid fremstilt med et stør-relses -sortert salt (NaCl) for brodannelsesformål Det inneholdt også en xantumderivat-polymer og en organisk stivelsestype for forøking av fluidtap-egenskaper hos fluidet

DFD - Borefluid D - er i det vesentlige det samme som DFA, med det unntak at det ble anvendt en grovere partikkel-størrelsesfordeling av kalsiumkarbonatet (spesifikt B-647) for effektiv brodannelse av de forholdsvis grove gruspakninger Dette viser at det graderte kalsiumkarbonat må størrel-ses-sorteres til den graderte gruspakning

Beskrivelse av strømningsforsøk

Det ble konstruert et strømningsforsøks-apparat slik at en CaCC>3- eller NaCl-partikkel-filterkake kunne anbringes inne i et porøst aluminiumoksyd-rør med indre diameter 7 6 mm

Dette porøse rør ble knyttet til PVC-rør med indre diameter 76 mm (over og under det porøse rør) og anbrakt inne i et transparent metylakrylat-rør på 150 mm med kraver i begge ender Den totale lengde av den indre konsentriske rørled-nmgsstreng var 2,0 m En sentrifugepumpe ble forbundet til forsøksbeholderen med en manifold, slik at fluid kunne sirku-leres gjennom den indre streng eller forskyves gjennom den konsentriske rørledningsring (dannet av den indre streng og metakrylat-røret), gjennom det porøse rør (fra utsiden til innsiden) og ut gjennom det indre rør Trykk-transduktorer ble anbrakt ved inntakene og uttakene for det indre rør og den konsentriske ring Trykkdifferensialet over inntaket og uttaket for det indre rør ble også overvåket Det ble også anvendt en strømningsmåler ved avløpet fra sentrifugepumpen, slik at alle strømningshastigheter kunne overvåkes nøyaktig

Alle data ble oppsamlet ved hjelp av en tilegnet beregnings-anordning for hvert utført forsøk, og fluidtap fra det indre rør ble målt manuelt

Forsøksmetoder

Før utførelse av de virkelige strømningsforsøk, ble "system-trykkfallet" bestemt slik at friksjonstrykk ikke skulle medtas ved permeabilitetsberegninger System-trykkfallet ble bestemt ved erstattmg av det porøse aluminium-oksyd-rør med et perforert rør med de samme dimensjoner i det porøse rør Fluid ble injisert gjennom den konsentriske ring, gjennom det perforerte rør og ut av apparatet gjennom røret på 7 6 mm som befant seg under det perforerte rør De noterte trykkfall skyldtes i det vesentlige friksjonstrykk, og dette friksjonstrykk ble betegnet "system-trykkfallet"

Forsøksmetoden anvendt for hvert kompletteringsfluid med tre forskjellige borefluidsystemer er skissert nedenfor

1 Forsøksapparatet ble fylt med filtrert springvann, og begynnelses-permeabiliteten for det porøse rør ble bestemt ved sirkulering av filtrert fluid gjennom ringen og det porøse rør Trykkfallet over det porøse rør (fra utsiden til innsiden) ble beregnet ved fratrekking av "system-trykkfallet" fra .det observerte trykkfall Denne metode eliminerte friksjonstrykk fra beregningen Darcys radialstrømnings-liknmg ble anvendt med det korrigerte trykkfall for beregning av det porøse rørs gjennomtrengelighet 2 Filterkaken ble anbrakt på innsiden av det porøse rør ved sirkulering av det hensiktsmessige borefluid gjennom den indre rørledningsstreng ved 0,2 m<3> pr min, mens utlekking fikk skje gjennom det porøse rør til ringen Etter 10 minutter ble sirkulasjonshastigheten øket til 0,7 m<3> pr min, og det ble sirkulert ved denne hastighet i 10 minutter Trykkfall mellom rørledning og ring var 350-420 kPa 3 Sirkulasjonshastigheten ble nedsatt til 0,16 m<3> pr min , og kompletteringsfluidet ble sirkulert i 10 minutter ved denne hastighet Visuelle observasjoner kunne gjøres gjennom det ytre transparente metylakrylat-rør for observe-ring av om kompletteringsfluidet lekket ut gjennom filterkaken I tillegg til visuelle observasjoner, fikk ringens ventil være åpen slik at utlekkingshastigheten kunne måles 4 Etter 10 minutters sirkulasjon, ble sirkulasjonshastigheten øket til 0,3 m<3> pr min og holdt ved dette i 10 minutter 5 Sirkulasjonshastigheten ble så øket til 0,5 m<3> pr min og holdt ved denne hastighet i 20 minutter Fluidtap-hastigheter ble kontrollert gjennom hele forsøket 6 Under sirkulering ved 0,5 m<3> pr mm ble det tilsatt 120 kg/m<3> 40-60 sand til kompletteringsfluidet, og_ det ble fortsatt ved denne hastighet i ytterligere 20 minutter Under alle sirkulasjonsforsøk ble trykkforskjellen mellom innsiden og utsiden av det porøse rør holdt på 350-420 kPa ved påføring av mottrykk 7 Etter at sirkulasjonsforsøkene var fullført (trinn 1-6), ble slutt-permeabiliteten av det porøse rør målt ved sirkulering av filtrert springvann gjennom det porøse rør (fra utsiden til innsiden) via den rmgformige sirkulasjons-vei 8 Darcys radialstrømningslikning ble så anvendt for beregning av slutt-permeabiliteten av det porøse rør

9" Et forhold mellom slutt-permeabilitet og begynnelses-perme.abilitet ble så beregnet for hvert undersøkt fluid

Ved siden av de tre undersøkte borefluider DFA, DFB og DFC, ble det også undersøkt tre kompletteringsfluider, med og uten sand av typen fra 0,42 til 0,35 mm Disse fluider var (1) filtrert springvann (filtrert, mettet NaCl-saltløsnmg for anvendelse med borefluidet med gradert salt), (2) filtrert springvann som var gjort viskøst med 0,48% hydroksyetylcellulose (HEC) (filtrert mettet NaCl-saltløsning, gjort viskøst med 0,4 8% HEC for borefluidet med gradert salt) og (3) filtrert springvann gjort viskøst med 0,43% xantumgummiderivat (filtrert, mettet NaCl-saltløsning, gjort viskøs med 0,43% xantumgummiderivat-polyrner når det gjaldt fluidet med gradert salt) Når sand ble tilsatt til fluidene, ble det anvendt en konsentrasjon på 120 kg/m<3> gruspaknings-sand av typen fra 0,42 til 0,35 mm pr 3,785 liter kompletteringsfluid Sandoppslemningene ble undersøkt på grunn av at horisontale brønner noen ganger er gruspakket med disse fluider Dataene oppnådd ved strømningsforsøkene er oppsummert i tabellene III-V Hver tabell gjenspeiler forsøks-resultatene fra alle de seks kompletteringsfluid-forsøk med et spesifikt borefluid

Permeabilitetene for de porøse rør var i området fra 3500 til 6500 md, og de typiske forsøkstrykk var alle i området 350-420 kPa

Når DFA- og DFB-borefluidene ble undersøkt, viste filterkakene meget liten forandring med hensyn til fluidtap * Fluidtap-hastigheten så ut til å være uavhengig av sirkulasjonshastigheten for kompletteringsfluidet, med unntak av vann- og sand-oppslemningen Når sanden ble tilsatt til vannet, og denne oppslemning i begynnelsen ble sirkulert over filterkaken, ble det observert en begynnelses-økning i fluidtap Etter hvert som sirkulasjonstiden øket, avtok imidlertid fluidtap-hastigheten igjen til et nivå som var litt høyere enn nivået for vannet uten sand Det skal bemerkes at fluidtapene var mye større med DFC

Begynnelses-fluidtap for det HEC-viskositets-økte fluid var meget høye sammenliknet med andre undersøkte fluider, og dette kan ikke lett forklares, og det var ikke i samsvar med forsøk med hensyn til dynamisk filtrering

Oppsummert så ikke fllterkake-partiklene for alle de undersøkte borefluider ut til å eroderes ved sirkulering av kompletteringsfluidene Når sand ble tilsatt til det filt-rerte vann {eller mettet saltløsning), øket imidlertid begynnelses-fluidtaphastigheten etter hvert som oppslemningen av saltløsning og sand nådde filterkaken Men ettersom sirkule-rmgen fortsatte, begynte fluidtap-hastighetene å avta Dette fenomen kunne skyldes en delvis erodering av noen fllterkakepartikler, i begynnelsen, koplet med avsetting av sandpartikler på toppen av den gjenværende filterkake Mesteparten av filterkake-partiklene, CaC03 og NaCl, ble fjernet ved tilbakestrømning, dvs strømning fra utsiden til innsiden av det porøse rør

Forsøksmetode vedrørende dynamisk filtrering og filterkake-stabilitet

Forsøk vedrørende dynamisk filtrering ble utført under anvendelse av DFD ifølge følgende metode Ved forsøket ble det anvendt en flltreringsenhet av typen Dynamic HT-HP som beskrevet av B G Chesser et al , "Dynamic and Static Filt-rate Loss Techniques for Monitoring Filter Cake Quality Improves Drilling Performance", SPE 20439, 1990 SPE Annual Technical Conference and Exhibition, New Orleans, LA, 23 -26 september 1990 Utformings- og driftsegenskapene hos denne anordning ble publisert i B G Chesser, "Dynamic Filtration of Drilling Fluid", Advances in Filtration and Separation Technology, American Filtration Society, vol 1, 1990, s 103-107 Disse artikler er medtatt i det foreliggende som referanse, og vil således ikke bli beskrevet her Anordningen besto hovedsakelig av en høytrykks-filtrenngscelle utstyrt med en motordrevet aksel og propell som ga dynamisk erosjon av kaken Det ble anvendt en trebladet "tåreformet" propell med 1,6 mm klaring ved celleveggen, som ga sirkulasjonsvirk-nmg nedover på kaken Utformningen har tendens til å elimi-nere den sterkt variable skjærhastighet fra sentrum til den ytre cellevegg som er fremherskende ved en enkel sirkulær rørebevegelse

Borefluidet og spylefluidet ble tillaget umiddelbart før forsøket Forsøket med dynamisk filtrering for dannelse av filterkaken med borefluidet er som følger fluidet ble filtrert dynamisk ved 65,5°C, 3500 kPa og 300 omdr pr minutt i 30 minutter Etter dannelse av kaken, fjernes borefluidet fra cellen og erstattes med spylefluidet for måling av effek-tene av spylefluidet på den eksisterende filterkake Spylefluidet strømmet ved 300 omdr pr minutt med en kraft på 3500 kPa i 30 minutter under måling av filtreringen hvert femte minutt

Utlekkings-egenskapene både for DFD og de typiske kom-pletteringsf luider, observert i strømningsforsøksapparatet, var lik forsøkene med dynamisk filtrering, utført ved 12 0°C og 3500 kPa Tabell VI viser resultatene av forsøkene med hensyn til den dynamiske filtrering og fllterkakestabilitet

Resultatene viser bare en liten økning i filtre-ringshastighet etter spyling i 40 minutter med HEC-fluid ved 300 omdr pr minutt

Returpermeabi111et s forsøk

Det ble utført ytterligere forsøk for undersøkelse av"om det var mulig at fllterkakepartiklene kunne strømme gjennom en gruspakning med sand på fra 840 til 420 /imf og hvilken effekt dette ville ha på returpermeabiliteten Forsøks-metoden var som følger

1 Et sandsjikt av gruspakmngssand på fra 840 til 420 /im ble anbrakt på toppen av pakningen av sand på fra 105 til 53 /im, og dette ble holdt mellom sandpakningen og en sikt på toppen av cellen 2 Olje ble injisert gjennom sandpakningen med sand på fra 105 til 53 /im og gjennom gruspakningen på fra 840 til 42 0 /im, for bestemmelse av den effektive begynnelses-permeabilitet av begge sandsjikt 3 _ Sandpakningen på fra 840 til 420 /im ble fjernet, og det ble fremstilt en filterkake på sandpakningen av sand på fra 105 til 53 /im ved at det spesifikke borefluid ble utsatt for overflaten av sandsjiktet, mens det ble holdt et differensialtrykk på 1400 kPa Dette muliggjorde at borefluidet kunne lekke ut gjennom sandpakningen og avsette sm filterkake Begynnelses- og flltrat-tapene ble målt og notert 4 Sanden på fra 840 til 420 /im ble så pakket om igjen på pakningen med sand på fra 105 til 53 /im 5 Olje ble så injisert fra sandpakningssiden med sand på fra 105 til 53 /im, gjennom den simulerte gruspakning Strømningshastigheten og trykkfallet over de to sandpaknmger ble notert som funksjon av totalvolum av forskjøvet fluid Returpermeabiliteten for de to sandpaknmger kunne så anvendes for angivelse av graden av filterkake-partikkelfor-trengning Tabell XII gjenspeiler resultatene av partikkel fortrengningsforsøkene

Forsøket hvor det ble anvendt DFD, viste en returpermeabilitet på 76,3% Dette viste at de fleste fllterkakepartik-ler kunne strømme gjennom en gruspakning med sand av typen fra 840 til 420 fim

"Partlkkelstrømnmgs"-forsøkene utført med en filterkake fra det graderte saltsystem, DFC, viser en returpermeabilitet på 42% etter fortrenging av 3 liter springvann, på hvilket

tidspunkt injiseringstrykket ble stabilisert

Utprøvning

For at et faststoff-ifylt fluid skal forsegle poreåpninger mekanisk, må det, som nevnt, først omfatte partikler med de riktige størrelser Partikkelstørrelsesanalysen for kalsiumkarbonat B-641 anvendt i dette borefluid viser en vid fordeling av partikler med meget forskjellige størrelser, som vist i tabell IX Som det fremgår av tabell IX, er partik-kelstørrelsen jevnt fordelt fra kolloidal til 60 /im Tabell X illustrerer partikkelstørrelsesanalysen av borefluidet ifølge undersøkelse

Dynamisk flltreringsforsøk

De dynamiske flltreringsforsøk ble utført ved 121°C med et differensialtrykk på 3500 kPa og omrøring av fluidet ved 300 omdr pr mm i 30 minutter Filterkakene dannet ved den dynamiske filtrering (se tabell XI) ble målt og funnet å være meget tynne (1-1,5 mm) og med meget lang varighet Som man ville vente, var den kumulative filtrering under anvendelse av lavpermeabilitets-berea mindre enn filtreringen hvor aloxitt-platen ble anvendt, men likevekts-flltreringshastig-hetene etter at filterkakene var dannet, var identiske Dette illustrerer at de resulterende filterkaker har meget-lav permeabilitet og hurtig regulerer filtreringen av fluidet

TABELL XII

Utlekkings- og retur- permeabilitetsforsøk Betingelser

4% KC1 Perff low

Kjerne 13,3 cm x 5,08 cm (diam ) med hull med diam 0,19 cm, dybde 5,7 cm

800 md permeabilitet

3,8 cm ringformig paknings-grus 840/420 mto

Kjøring ved 70°C og 1400 kPa

Filtrering under brodannelses- og utlekkmgsforsøk

Begynnelses- og retur- oliepermeabilitet

Begynnelses- Retur-oljepermeabilitet olj epermeabilitet

Eksempel 4

Formål Å bestemme retur-permeabiliteten for 4% KC1 PERFFLCWc etter brodannelse på 84 0/420 /im grus og strømning tilbake gjennom 840/420 /im grus under anvendelse av PERF-FLOWc-fluid DFD

Forsøksmetode Ved dette forsøk ble det anvendt en berea-kjerne med lengde 13,3 cm og diameter 5,1 cm, 800 md Et hull med diameter 19 mm og dybde 57 mm ble boret konsent-risk i kjernen for simulering av en perforering En 38 mm hylse ble anbrakt over kjernen, som et ringformet rom Etter montering av kjernen og hylsen i en kjerneholder, ble det ringformede rom og perforering pakket med grus av typen 840/420 /im, og begynnelses-oljegjennomtrengelighet for kjerne- og sandpakningen ble fastsatt Den ringformige grus ble så fjernet, og volumet ble fylt med PERFFLCW-fluid DFD DFD har en grovere partikkelstørrelse enn fluid DFA Kjernen ble oppvarmet til 70°C og et trykk på 1750 kPa ble påført under et utlekkmgsforsøk på 1 time Cellen ble så åpnet og den gjenværende PERFFLCW helt av, idet man passet på ikke å for-styrre filterkaken Den ringformige grus ble gjen-mnsatt på toppen av kaken, og cellen ble montert på nytt Retur-gjen-nomtrengeligheten for den eksponerte kjerne ble så bestemt ved strømming av olje i den opprinnelige produksjonsretning Resultatene er vist i tabell XIII

Det kan gjøres mange modifiseringer når det gjelder blandingen og utførelsen av denne oppfinnelse, uten at man avviker fra dens prinsipp og ramme, som er definert kun i de tilknyttede krav For eksempel kan det nøyaktige ikke-loniske skleroglukan og nøyaktige polymeriserte stivelse være forskjellig fra dem som anvendes her, og det graderte kalsiumkarbonat kan ha en annen nøyaktig størrelsesfordeling enn dem som anvendes i disse eksempler

GLOSSAR

20-40 Frak Gruspakningssand pr API-spesifikasjoner

sand

40-60 Frak RP 58 31 mars 1986

sand

Actigum CS En polysakkarid-gummitype eller et polyglukan

6 DF fremstilt ved hjelp av en sopp under anvendelse av en fermenteringsprosess, levert fra Sanofi Bio Industries Det kan beskrives spesifikt som skleroglukan

B-641 Gradert eller størrelses-sortert kalsium

B-647 karbonat for brobygging av poreåpninger, leveres fra Baker Hughes INTEQ B-641, svarer til Hubercarb Q-200, og B-647 svarer til Hubercarb M-70, begge leveres fra J M Huber

Corp

Biozan<®> En vannløselig polymer som anvendes som tiksotrop polymer solgt av Baker Hughes INTEQ,

fremstilt av Kelco

Exstar 2205 En polymerisert stivelsestype med polymerisa-sjonsgraden justert for minimalisering av utlekkmg, men med tilstrekkelig vannløselighet til forbedring av filterkakens dispergerbarhet,

leveres fra Chemstar

LVT-200 Syntetisk olje markedsført gjennom Conoco Inc Perfflow<®> Et borekompletteringsfluid spesielt utformet for regulering av fluidtap i sand med fra lav til høy permeabilitet og tilveiebringelse av en filterkake som lett og effektivt kan fjernes ved hjelp av det fremstilte fluid uten surgjør-ings- eller knuserbehandling

W-307 En dispersjon av vannløselige polymerer i tripropylenglykol anvendt for fremstilling av et Perfflow<®->fluid Denne dispersjon hindrer dannelse av ikke-dispergerte polymer-småkuler (fiskeøyne) ved fremstilling av fluidet på

feltet

Claims (10)

1 Fluidsystem for regulering av fluidtap under hydro-karbonutvinningsoperasj oner, karakterisert ved at det omfatter vann, en fordeling av kalsiumkarbonatpartikler med graderte størrelser, et ikke-ionisk polysakkarid av skleroglukan-typen, og en polymerisert stivelse

2 Fluidsystem ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter ca 70 - 90 vekt% vann, ca 10-30 vekt% blanding av kalsiumkarbonat-partikler. med graderte størrelser, ca 0,25-1 vekt% lkke-lonisk polysakkarid av skleroglukan-typen og fra ca 1 til ca 3 vekt% polymerisert stivelse

3 Fluidsystem ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter ca 82 - 85 vekt% vann, ca 13-14 vekt% blanding av kalsiumkarbonat-partikler med graderte størrelser, ca 0,4-0,5 vekt% lkke-lonisk polysakkarid av skleroglukan-typen og fra ca 1,5 til ca 2,0 vekt% polymerisert stivelse

4 Fluidsystem ifølge krav 1, karakterisert ved at det videre har den egenskap at det danner en varig filterkake som kan fjernes ved hjelp av fremstilte reservoarfluider

5 Fluidsystem ifølge krav 1, karakterisert ved at de kalsiumkarbonat-partikler med graderte størrelser omfatter fordelingen

6 Fremgangsmåte for beskyttelse av et borehull under en hydrokarbonutvmningsoperasjon og regulering av fluidtap under en slik operasjon, karakterisert ved at den omfatter de trinn at et fluidsystem for regulering av fluidtap under hydro-karbonutvinningsoperasjoner, injiseres i borehullet, idet borehullet har en overflate, og fluidsystemet omfatter vann, en fordeling av kalsiumkarbonat-partikler med graderte størrelser, og minst ett ikke-ionisk polysakkarid av skleroglukan-typen, og minst én polymerisert stivelsestype, idet fluidsystemet får frembringe en filterkake på overflaten av borehullet, hydrokarbonutvmningsoperasjonen utføres i filterkaken i borehullet, og filterkaken fjernes fra borehullet

7 Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at fluidsystemet omfatter ca 70-90 vekt% vann, ca 10-30 vekt% blanding av kalsiumkarbonatpartikler med graderte størrelser, ca 0,25-1 vekt% ikke-ionisk polysakkarid av skleroglukantypen og fra ca 1~ til ca 3 vekt% polymerisert stivelse

8 Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at fluidsystemet omfatter ca 73-83 vekt% vann, ca 13-24 vekt% blanding av kalsiumkarbonatpartikler med graderte størrelser, ca 0,4-0,5 vekt% ikke-ionisk polysakkarid av skleroglukantypen og fra ca 1,5 til ca 2,0 vekt% polymerisert stivelse

9 Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved ati trinnet for fjerning av filterkaken fra borehullet fjernes filterkaken ved hjelp av fremstilte reservoarfluider

10 Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at borehullet er i en formasjon med permeabilitet og hvor permeabiliteten hos formasjonen før mjisermg av f luidsystemet er Ki, og permeabiliteten for formasjonen etter fjerning av filterkaken fra borehullet er Kf, og hvor Kf/Kx er i området fra 0,5 til 1,0