NO320621B1

NO320621B1 - Fremgangsmate og vannbasert fluid hvor det anvendes hydrofobt modifiserte guartyper som filtratreduserende middel

Info

Publication number: NO320621B1
Application number: NO19960091A
Authority: NO
Inventors: Annie Audibert; Jean-Francois Argillier
Original assignee: Inst Francais Du Petrole
Priority date: 1995-01-10
Filing date: 1996-01-09
Publication date: 2006-01-02
Also published as: CA2166834C; WO1996021796A1; NO960091D0; NO960091L; ATE243297T1; BR9603814A; CA2166834A1; EP0722036B1; AU701406B2; AU4542696A; DK0722036T3; US5720347A; FR2729181A1; DE69531094D1; FR2729181B1; EP0722036A1; MX9603926A

Abstract

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte anvendt i en brønn for regulering av filtreringen for et borefiuid, et kompletteringsfiuid eller et overhalings/rehabiliterings-fluid anbrakt i en brønn. Fremgangsmåten omfatter tilsetning av en på forhånd bestemt mengde av minst ett hydrofobt modifisert guarharpiks-derivat. I en variant er guarharpiks-derivatet hydrofobt modifisert hydroksypropylguar (HMPG). Foreliggende oppfinnelse angår et borefiuid, et kompletteringsfiuid eller et overhalings/rehabiliterings-fluid som omfatter minst ett hydrofobt modifisert guarharpiks-derivat, og særlig viskositetsøkende midler, så som polymerer eller reaktiv leire.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår operasjoner gjennomført for å utvikle undergrunnsreservoarer som inneholder hydrokarboner. Mer spesielt beskriver oppfinnelsen en fremgangsmåte for regulering av filtertap for et borefiuid, et kompletteringsfiuid eller et overhalingsfluid som anvendes i en brønn boret gjennom minst én geologisk formasjon. Videre angår oppfinnelsen vannbasert borefiuid egnet for boring, brønnkomplettering eller brønnoverhaling/ rehabilitering.

Konvensjonelle bore-, kompletterings- eller overhalings/rehabiliterings-teknikker i disse brønner omfatter sirkulasjon av et injisert fluid mot bunnen av brønnen gjennom en serie rør som utgjør borestrengen eller produksjonsstren-gen, idet fluidet strømmer oppover mot overflaten gjennom ringrommet definert av brønnens vegger og borestrengens ytterside. Under oppoverstrømningen går en viss mengde borefiuid inn i de porøse elier frakturerte geologiske formasjoner. Denne tapte mengde fluid kalles filtertap eller filtrat. Det er generelt ønskelig å begrense mengden av filtrat ettersom det representerer et kostbart forbruk av produkter, ytterligere kondisjoneringsoperasjoner i slamkondisjoneringsanlegget, samt risiko for destabilisering av veggene i borehullet eller tilstopping av de produserende eller potensielt produserende geologiske soner.

Mange filtratreduserende produkter for vannbaserte fluider, enten de er borefluider, kompletteringsfluider eller brønnrehabiliteringsfluider, er kjent innenfor fagområdet. Anvendelsen av organiske polymerer, så som stivelse eller CMC (karboksymetylcellulose), kan f.eks. angis. I US-patent nr. 4 960 876 beskrives en prosess for å oppnå en polymer fra hydrofobt modifisert guarharpiks, og som har evne til å øke viskositeten for eller stabilisere suspensjoner.

Foreliggende oppfinnelse angår således en fremgangsmåte som anvendes i en brønn boret gjennom minst én geologisk formasjon med en gitt permeabilitet. Minst én av de følgende operasjoner gjennomføres: Brønnboring, brønnkomplettering eller brønnoverhaling/rehabilitering, og permeabiliteten i veggene i brønnen boret i formasjonen reguleres ved tilsetning av en bestemt mengde av minst ett hydrofobt modifisert guarharpiks-derivat (HMG = hydrophobically modified guar gum derivative) til et volum av vannbasert fluid forskjøvet i brønnen under denne operasjon, der nevnte derivat er kjemisk modifisert ved inkorporering av alkylgrupper. I en variant er guarharpiks-derivatet hydrofobt modifisert hydroksypropylguar (HMPG = hydrophobically modified hydroksypropyl guar).

Den modifiserte guarharpiks kan inkludere et hydrofobt alkylradikal som har mellom 10 og 32 karbonatomer og fortrinnsvis mellom 18 og 28 karbonatomer.

Molekylmassen for den modifiserte guarharpiks kan være mindre enn

2 000 000 dalton, og er fortrinnsvis mellom 50 000 og 1 600 000 dalton.

Ved fremgangsmåten kan fluidet inneholde mellom 0,5 og 30 g pr. liter av hydrofobt modifisert guarharpiks og fortrinnsvis mellom 1 og 15 g/l.

Fluidet kan inneholde minst én polymer valgt fra gruppen som utgjøres av xantan, skleroglukan, wellan, gellan, hydroksyetylcellulose (HEC), CMC, guarharpiks, polyakrylamider og anioniske derivater av disse.

Oppfinnelsen angår videre et vannbasert fluid for brønnboring, komplettering eller overhaling/rehabilitering, og som inneholder minst ett hydrofobt modifisert guarharpiks-derivat. Filtratet av dette fluid kan reguleres ved tilsetning av en på forhånd bestemt mengde av minst ett hydrofobt modifisert guarharpiks-derivat (HMG). I en variant er guarharpiks-derivatet en hydrofobt modifisert hydroksypropylguar (HMPG).

Fluidets viskositet kan i hovedsak reguleres ved tilsetning av minst én polymer valgt fra gruppen som utgjøres av xantan, skleroglukan, wellan, gellan, hydroksyetylcellulose (HEC), CMC, guarharpiks, polyakrylamider og deres anioniske derivater.

Fluidet kan inneholde minst én elektrolytt i konsentrasjoner som kan nå metning.

Elektrolytten kan velges fra gruppen som utgjøres av natrium-, kalium-, kalsium-, magnesium- og sink-klorid, -bromid, -karbonat, -acetat, -formiat, dersom de utgjør løselige salter.

Fluidet kan inneholde mellom 0,5 og 30 g/l av HMG og mellom 0,5 og 20 g/l av viskositetsforhøyende polymer.

Fluidet kan inneholde mellom 0,5 og 10 g/l av HMG, mellom 2 og 4 g/l av viskositetsforhøyende polymer, fortrinnsvis xantan, mellom 10 og 100 g/l av KCI eller NaCI, og mellom 0 og 30 g/l av reaktiv leire.

Hydrofobt modifiserte guarharpiks-derivater avledes i hovedsak fra konvensjonelt anvendte guarharpiks-derivater, så som hydroksyetyl- eller hydroksypropylguar, kationisk guar eller depolymerisert guarharpiks. Disse derivater kan modifiseres kjemisk ved inkorporering av alkylgrupper ved kjemisk reaksjon som påvirker visse glykosid-enheter. Disse hydrofobt modifiserte guarharpiks-derivater er beskrevet i US-patent nr. 4 960 876.

Guarharpiks er en naturlig polymer, bestående av D-mannose-monomerenheter forbundet til hverandre ved (3-1 -4-bindinger for å danne hovedkjeden med D-galaktose-enheter forbundet ved a-1-6-bindinger. Dette derivat gis en funksjon ved reaksjon av et epoksyalkyl i basisk medium i henhold til fremgangsmåten beskrevet i dokument US-A 4 960 876, idet det podes 0,01 til 2% C22- til C28'©poksyalkylfunksjoner.

Den vannløselige guarharpiks HMG kan fremstilles fra et guarharpiks-derivat gjennom kjemisk inkorporering av en lang epoksyalkylkjede med mellom C 10 og C32, fortrinnsvis med mellom 18 og 28 karbonatomer, for den hydrofobe enhet.

Andelen av hydrofobe enheter kan være fra 0,01 til ca. 5%.

Polymeren HMG kan ha en molar hydrofilenhet-substitusjonsgrad på minst 0,7, fortrinnsvis mellom 0,7 og 4, mellom 0,01 og 2% hydrofobe substituenter pr. anhydroglykosid-enhet og et molforhold hydrofile til hydrofobe substituenter mellom 35/1 og 40 000/1. Den hydrofile enhet kan være av typen hydroksyetyl, hydroksypropyl eller hydroksybutyl, eller en karboksy- eller aminsubstituent. Den hydrofobe enhet kan være av typen alkyl eller afkenyl, lineær eller forgrenet og omfattende 10 til 32 karbonatomer.

Polymeren i henhold til oppfinnelsen og som omfatter hydrofile hydroksypropyl-enheter kalles HMPG.

Søkeren har konstatert at HMG-polymeren definert ovenfor har gode kvaliteter når det gjelder regulering av filtreringen av et bore-, et kompletterings-eller et overhalings-/rehabiliterings-fluid, som alle er fluider hvor den kontinuerlige flytende fase er vandig. Fluidet, som sirkulerer eller anbringes ved sirkulering i brønnen, kan inneholde viskositetsforhøyende midler basert på reaktive leirer og/eller polymerer av en spesifikk natur, for spesielt å oppfylle funksjonen for en viskositetsforhøyer.

Et brønnkompletteringsfluid er et fluid som forskyves i en brønn og som skal anbringes (engelsk: set) i en produksjonsbrønn. Under fluidets forskyvning eller anbringelse er dette fluid i en kortere eller lengre tidsperiode i kontakt med den produserende eller potensielt produserende, geologiske formasjon. Dette gjelder også et overhalings/rehabiliterings-f luid.

De fysikalske og/eller kjemiske karakteristikker for disse fluider reguleres og justeres i henhold til naturen av den geologiske formasjon og de tilstedeværende avløp, bunnhull-betingelsene og de forskjellige funksjoner som slike fluider kan ha, f.eks. rengjøring, stabilisering, trykkregulering, etc. Videre må disse fluider, i den grad det er mulig, modifisere produktiviteten av de geologiske produktive serier. Disse typer fluider inneholder derfor ingen eller få faste stoffer, selv om nærværet av reaktive eller inerte faste stoffer i enkelte tilfeller er uunngåelig. I ethvert tilfelle er filtreringsregulering en svært viktig parameter.

Fluidene i henhold til foreliggende oppfinnelse kan også anbringes eller forskyves i brønnen i form av en "spacer" eller et volum av fluid forskjøvet av et annet fluid av forskjellig sammensetning eller innsatt mellom to andre fluider.

En variant av oppfinnelsen angår fluider ment for boring av såkalte slanke hull eller for skrånende boring. Disse fluider, som er ment for de ovenfor angitte anvendelser, må fortrinnsvis oppvise følgende karakteristikker: -Ha en lav viskositet ved høye skjærkraftgrader for å redusere trykktapene; -danne en gel i rolig tilstand for å holde borekaksen i suspensjon under stopp i sirkulasjonen; -inneholde en maksimal prosentandel av faste stoffer som kan være tilbøyelige til å danne avsetninger eller amalgamer, spesielt under påvirkning av sentrifugeringen forårsaket av roteringen av borestrengen i et hull med liten diameter i forhold til borestrengens størrelse, eller under påvirkning av gravitasjon når det gjelder horisontale brønner. Uten et fast stoff eller med svært få faste stoffer sammenlignet med konvensjonell boring, er det velkjent at filtreringskontroll er svært delikat.

Fluider som sirkulerer under slike spesielle betingelser inneholder således vanligvis praktisk talt ingen reaktive kolloider av leire som basis-viskositetsøkende midler, men spesifikke polymerer. Det er velkjent at disse fluider, som kalles "faststoff-frie" fluider eller fluider "uten faststoff-tilførsel", gir problemer når det gjelder å oppnå gode filtreringskarakteristikker, spesielt ved midlere eller høye temperaturer, med konvensjonelle filtrat-reduserende produkter. HMG anvendt i henhold til foreliggende oppfinnelse viser derimot gode kapasiteter for regulering av filtreringen, spesielt i kombinasjon med visse viskositetsøkende polymerer, i høyeste grad ettersom temperaturen øker. Dette er generelt ikke tilfelle for de naturlige polymerderivater som konvensjonelt anvendes som filtratreduserende midler ved formulering av borefluider eller kompletteringsfluider.

De følgende tester fastslår karakteristikkene for HMG under forskjellige arbeidsbetingelser og i henhold til konvensjonelle testprosedyrer. Den testede polymer er HMPG, som er et av de produkter som for tiden er tilgjengelige på markedet for forskjellige anvendelser, spesielt anvendelse i papir og maling, og hvor molekylmassen er anslått å være mellom 50 000 og 1 600 000. Filtreringstestene er blitt gjennomført i samsvar med de nåværende API-standarder (American Petroleum Institute): API RP23 B1 seksjon 3 - Filtration - juni 1990. Filtratene uttrykkes i milliliter (ml), den plastiske viskositet VP i MPa-s, flytegrenseverdien YV (YV = yield value) i lb/100 ft<2> (multipliseres med 0,4788 for å uttrykke YV i Pa), og kaketykkelsen angis i millimeter.

Forskjellige fluidformuleringer er blitt testet, med eller uten tilsetning av vektmaterialer av baritt-type, idet det viskositetsøkende middel generelt er et polysakkarid av xantan- eller av skleroglukantype.

Formuleringene i henhold til oppfinnelsen er blitt sammenlignet med konvensjonelle formuleringer som inneholder filtratreduserende midler kjent innenfor fagområdet, så som lawiskositets-CMC (karboksymetylcellulose), som er å anse som et av de beste produkter som for tiden er tilgjengelige med - for visse anvendelser - HEC (hydroksyetylcellulose) eller PAC (polyanionisk cellulose), hvor den molekylære masse er høyere enn den molekylære masse for CMC, guarharpiks, en forløper for den hydrofobt modifiserte guarharpiks.

TEST NR. 1

Sammenligning av effektiviteten av HMPG med konvensjonelle filtratreduksjonsmidler for forskjellige fluiddensiteter

Betingelser: API-standard, omgivelsestemperatur (25°C)

Basisformulering FB: Xantan 2 g/l, KCl 50 g/l

Xantanet av IDVIS-type og CMC med lav viskositet som ble anvendt, markedsføres hhv. av firmaene Dowell-IDF og Aqualon.

Bemerkninger:

For lavdensitetsformuleringen er f iltreringskarakteristikkene i nærvær av HMPG av samme størrelsesorden som de for lawiskositets-CMC, som fortiden betraktes som ett av de beste tilgjengelige produkter.

Tilsetningen av baritt til formuleringen studert ovenfor fører til en økning i densiteten for fluidet opptil 1,2.30'-filtratet er da lavt (~ 10 ml). Sammenligningsvis gir en CMC-basert formulering også et lavt filtrat (~ 6 ml), men med en høy plastisk viskositet (14).

TEST NR. 2

Temperaturens innflytelse ved forskjellige fluiddensiteter Betingelser: API-standard, i en HP/HT-testcelle ved et trykk på 35 bar og et baktrykk på 15 bar

Basisformulering FB: Xantan 2 g/l, KCI 50 g/l

a) Filtreringstemperatur: 90°C og d -1,03 (baritt 30 g/l)

b) Filtreringstemperatur: 120°C og d = 1,03 (baritt 30 g/l)

Formuleringen som inneholder lawiskositets-CMC, brytes ned i løpet av

oppvarmingsperioden før temperaturfiltreringen (ca. 2 timer), og det observeres ingen kakedannelse under slike betingelser.

c) Filtreringstemperatur: 90°C og d = 1,2 (baritt 210 g/l)

d) Filtreringstemperatur: 120°C og d = 1,2 (baritt 210 g/l)

Bemerkninger:

Temperturøkningen fører generelt til en styrking av de hydrofobe vekselvirkninger. En bedre filtratreduksjon for HMPG observeres under påvirkningen av temperaturen. Det kan bemerkes at ved 120°C nedbrytes et av de beste filtratreduserende midler som idag tilbys under påvirkning av temperaturen. Ved 90°C er dessuten kvaliteten av kaken som ble dannet svært dårlig, og kaken har ingen mekanisk motstand. Dette bekreftes ved test nr. 3.

TEST NR. 3

Temperaturens innflytelse ved aldring (120°C)

Betingelser: I en HP/HT-testcelle ved et trykk på 35 bar og et baktrykk på 15 bar, men etter 16 timers aldring ved en temperatur på 120°C.

Basisformulering FB: Xantan 2 g/l, KCI50 g/l

Bemerkninger:

Verdiene for den plastiske viskositet og flytegrensen i foregående tabell tilsvarer karakteristikkene for formuleringene før filtrering, og ligner for alle tre formuleringer.

Det kan således observeres at egenskapene for den HMPG-baserte formulering opprettholdes selv etter aldring når det gjelder filtrering såvel som når det gjelder reologiske egenskaper.

TEST NR. 4

Formuleringer med faststoffer

Betingelser: API-standard, omgivelsestemperatur (30°C)

Basisformulering FB: Green Bond-leire 30 g/l, NaC110 g/l

Bemerkninger:

En viss mengde leire kan anvendes i forbindelse med f. eks. xantan. Filtratnivået som oppnås forblir lavt.

De forskjellige tester i denne beskrivelse bekrefter således at fluidformuleringene som er egnet for brønnboring, kompletteringer eller overhaling/rehabilitering, og som fortrinnsvis inneholder en viskositetsøkende polymer i vandig løsning, eventuelt reaktive og/eller inerte faste partikler, kan ha gode filtreringskarakteristikker ved anvendelse av en effektiv mengde av HMG som et filtratreduserende middel. Det er velkjent at filtratreduserende polymerer, så som CMC eller HEC, dispergerer og homogeniserer suspensjonen ved adsjorpsjon på de faste partikler, samtidig som de gjør dem mer negative og således mer frastøtende. Filtreringen av denne homogene suspensjon fører så til dannelse av en kake med en heller regulær struktur og som derfor er relativt ugjennomtrengelig. Permeabiliteten for kaken kan dessuten minskes ytterligere ved hjelp av en fri polymer som gelerer i kakens porer.

HMG-polymeren oppfyller i betydelig grad en slik funksjon eller en ekvivalent funksjon. Den spesielle struktur av HMG og f.eks. for HMPG ifølge foreliggende oppfinnelse er imidlertid også tilbøyelig til å danne en ordnet tredimensjonal struktur uten at det forutsetter faste partikler, så som leire eller baritt, for at det skal dannes en kake med lav permeabilitet. Temperaturstabiliteten for strukturen av HMG tillater videre anvendelse på de forskjellige områder av in-teresse innenfor fagområdet, spesielt i brønner med høye temperaturer. Fordelene og funksjonene for HMG finnes i polymerene av denne klasse for molekylære masser lavere enn ca. 2 000 000 dalton.

Innenfor rammen av spesifikke anvendelser hvor fluidene praktisk talt ikke inneholder noen reaktive faststoffer, f. eks. ved anvendelse i slanke hull eller ved boring på skrå, kompletteringsfluider eller overhalings/rehabiliterings-fluider, vil anvendelse av HMG som et filtratreduserende middel i forbindelse med en viskositetsøkende polymer, som f.eks. xantan, gi fluidene gode filtreringskarakteristikker selv ved høye temperaturer.

Claims

1. Fremgangsmåte som anvendes i en brønn boret gjennom minst én geologisk formasjon som har en viss permeabilitet, karakterisert ved at det gjennomføres minst én av operasjonene brønnboring, brønnkomplettering, brønnoverhaling/rehabilitering, og ved at permeabiliteten for veggene i brønnen som er boret i formasjonen reguleres ved tilsetning av en på forhånd bestemt mengde av minst ett hydrofobt modifisert guarharpiks-derivat (HMG) til et volum av vannbasert fluid forskjøvet i brønnen under denne operasjon, der nevnte derivat er kjemisk modifisert ved inkorporering av alkylgrupper.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved guarharpiks-derivatet velges fra gruppen som består av hydrofobt modifisert guar, med en hydrofil enhet av typen hydroksyetyl, hydroksypropyl eller hydroksybutyl, en karboksysubstituent og en aminsubstituent, samt blandinger av disse.

3. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den modifiserte guarharpiks inneholder et hydrofobt akrylradikal som har mellom 10 og 32 karbonatomer, fortrinnsvis mellom 18 og 28 karbonatomer.

4. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den molekylære masse for den hydrofobt modifiserte guarharpiks er mindre enn 2 000 000 dalton og fortrinnsvis mellom 50 000 og 1 600 000 dalton.

5. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 - 4, karakterisert ved at fluidet inneholder mellom 0,5 og 30 g pr. liter hydrofobt modifisert guarharpiks, og fortrinnsvis mellom 1 og 15 g/l.

6. Fremgangsmåte ifølge hvilket som helst av kravene 1 - 5, karakterisert ved at fluidet inneholder minst én polymer valgt fra gruppen som utgjøres av xantan, skleroglukan, wellan, gellan, hydroksyetylcellulose (HEC), CMC, guarharpiks, polyakrylamidene og de anioniske derivater av polyakrylamidene.

7. Vannbasert borefiuid egnet for boring, brønnkomplettering eller brønnoverhaling/rehabilitering, karakterisert ved at filtratet reguleres ved tilsetning av en på forhånd bestemt mengde av minst ett hydrofobt modifisert guarharpiks-derivat (HMG), der nevnte derivat er kjemisk modifisert ved inkorporering av alkylgrupper.

8. Fluid ifølge krav 7, karakterisert ved at guarharpiks-derivatet er hydrofobt modifisert hydroksypropylguar (HMPG).

9. Fluid ifølge hvilket som helst av kravene 7 eller 8, karakterisert ved at fluidets viskositet i hovedsak reguleres ved tilsetning av minst én polymer valgt fra gruppen som utgjøres av xantan, skleroglukan, gellan, wellan, hydroksyetylcellulose (HEC), CMC, guarharpiks, polyakrylamidene og de anioniske derivater av polyakrylamidene.

10. Fluid ifølge hvilket som helst av kravene 7 - 9, karakterisert ved at det omfatter minst én elektrolytt i konsentrasjoner som kan nå metning.

11. Fluid ifølge krav 10, karakterisert ved at elektrolytten er valgt fra gruppen som utgjøres av natrium-, kalium-, kalsium-, magnesium- og sinkklorid, -bromid, -karbonat, -acetat, -formiat, i den grad de utgjør løselige salter.

12. Fluid ifølge hvilket som helst av kravene 7-11, karakterisert ved at det omfatter mellom 0,5 og 30 g/l HMG og mellom 0,5 og 20 g/l viskositetsøkende polymer.

13. Fluid ifølge hvilket som helst av kravene 7-12, karakterisert ved at det omfatter mellom 0,5 og 10 g/l HMG, mellom 2 og 4 g/l viskositetsøkende polymer, fortrinnsvis xantan, mellom 10 og 100 g/l KCI eller NaCI og mellom 0 og 30 g/l reaktiv leire.