NO322883B1 - Stabiliserte fluider inneholdende opploselig sink og fremgangsmate for a oke deres viskositet ved lav skjaerhastighet - Google Patents

Description

Den foreliggende .oppfinnelse vedrører et fluid for anvendelse

i forskjellige olje- og gass-brønnoperasjoner. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte for å øke viskositeten ved lav skjærnastighet ("low shear rate viscosity; LSRV") av saItopp- ' løsningsbaserte, polysakkaridholdige fluider.

Ved boringen av borehull som penetrerer underjordiske formasjoner, blir borevæsker/borefluider generelt sirkulert gjennom borehullene for å fjerne borekaks derfra og for å gjennomføre andre formål. De fleste borevæsker omfattes av suspenderte partikler av hydratisert leire i vann og vekt-materialer som baritt er ofte kombinert med borevæskene for å øke deres densiteter. Forskjellige tilsetningsstoffer anvendes også vanligvis i borevæsker for å gi forbedrede egenskaper dertil, som å bevirke lavt filtreringstap fra borevæskene til de underjordiske formasjoner som er i kontakt dermed. Når et borehull penetrerer en underjordisk formasjon som inneholder de ønskede hydrokarbonfluider, kan imidlertid uoppløselige materialer i borevæsken som leire og baritt være skadelig for formasjonen. Det vil si at en filterkake eller et lag av slikt uoppløselig material kan dannes på formasjonens overflate og enkelte faststoffer i filterkaken kan penetrere inn i formasjonen som i sin tur kan føre til en permanent reduksjon i permeabiliteten og formasjonens evne til hydrokarbonproduksjon.

For å forhindre skade på produserende formasjoner under

boring og komplettering av borehull som penetrerer slike formasjoner og under den etterfølgende gjennomføring av brønnoverhalingsprosedyrer, er ikke-skadelige saltopp-løsninger til nå anvendt i stedet for borevæske inneholdende uoppløselige faststoffer. Saltoppløsningene er ikke-skadelige fordi saltene inneholdt deri som tilveiebringer densitet til saltoppløsningene er oppløst, og ingen faststoffer bringes derved i kontakt med formasjonen. Fordi slike saltoppløsninger for boring, komplettering og brønnoverhaling ikke inneholder uoppløste faststoffer blir de vanligvis omtalt som "clear brines".

I operasjoner som gjennomføres i borehull som penetrerer underjordiske formasjoner som inneholder fluider under høyt trykk, må de anvendte saltoppløsninger ha svært høye densiteter, f.eks. densiteter i området fra omtrent 1080 til 2580 kg/m3 {9,0 til 21,5 pounds per gallon), for å forhindre at fluidene under trykk blåses ut av borehullet. Disse salt-oppløsninger inneholder typisk KC1, NaCl, CaCl2, NaBr, CaBr2, KBr, ZnCl2, ZnBr2, natriumformat, kaliumformat og cesiumformat eller kombinasjoner av slike salter, og de er relativt kostbare.

På grunn av de store omkostninger med høydensitets-saltopp-løsninger for boring, komplettering og brønnoverhaling blir de vanligvis gjenvunnet, filtrert og anvendt på nytt i brønnbehahdlingsoperasjoner. Tapet av slike saltoppløsninger er kostnadskrevende og uønsket og som et resultat er filtreringstap-reduksjonsprosedyrer og tilsetningsstoffer mot filtreringstap til nå blitt anvendt sammen med høydensitets-saltoppløsninger. Dette omfatter en økning av viskositeten av saltoppløsningene ved å kombinere hydratiserbare viskositetsøkere dermed slik som hydroksyetylcellulose og derivatiserte polysakkarider. Mens kombinasjon av slike viskositetsøkere med høydensitets-saltoppløsninger har resultert i en reduksjon av filtreringstap, er ufordelak-tighetene at relativt store mengder av viskositetsøkerne kreves, det er ofte vanskeligheter med å oppløse og hydratisere viskositetsøkerne i høydensitets-saltopp-løsningene, særlig saltoppløsninger inneholdende sink-bromider, og viskositeten som dannes går ofte tapt eller reduseres i stor grad når saltoppløsningene anvendes i omgivelser med relativt høy temperatur eller lav pH.

US patenter 4.175.042 og 4.822.500, vedrører fluider for brønnboring, brønnoverhaling og komplettering omfattende en - mettet saltoppløsning hvor et vannoppløselig salt, som ikke er oppløselig i den mettede saltoppløsning, med et spesielt størrelsesomfåde er suspendert i den mettede saltoppløsning sammen med passende polymere viskositets- og suspensjonstilsetningsstoffer og passende midler for å regulere filtreringstap. Representative mettede saltoppløsninger kan inneholde ett eller flere salter som KC1, NaCl, CaCl2, ZnCl2, KBr, NaBr, CaBr2, ZnBr2, Na2S04, Na2C03, K2C03 og NaHC03. •Representative vannoppløselige salter åv. spesiell størrelse er KC1, NaCl, CaCl2, CaBr2, Na2S04, Na2C03, K2C03 og NaHC03. Representative viskositets- og suspensjonstilsetningsstoffer er xantangummi, celluloseetere og guargummiderivater. Representative tilsetningsstoffer mot filtreringstap er kalsium-, krom- eller ferrokromlignosulfonater, karboksy-metylcellulose og stivelser som maisstivelse, potetstivelse og tapioka og deres derivater. US patent 4.822.500 angir at xantangummi og en spesiell epiklorhydrin-tverrbundet hydroksypropylstivelse kombinerer synergistisk i den mettede saltoppløsning til å gi utmerket suspensjonsregulering og regulering av filtreringstap. Slike fluider har absolutt vært vellykkede, og er et foretrukket fluid for boring i hydrokarbonbærende formasjoner, som ved "horisontalboring".

I den samtidige US patentsøknad av James W. Dobson, jr. et al., nr. 08/512.675, innsendt 25.08.95, er det foreslått å tilveiebringe sinkholdige saltfluider med lavt innhold av faststoffer som produserer en tynn filterkake med lav permeabilitet på de sidene av borehullet som er i kontakt med fluidene. Fluidene inneholder en eller flere polysakkarid-polymer-viskositetsøkere, en amorf silika-viskositetsøkere, et polymert tilsetningsstoff mot filtreringstap, et selvstengingsmiddel og eventuelt et middel for kontroll av alkalinitet. Den samtidige US patentsøknad av James W. Dobson, jr. et al., nr. 08/386.443, innsendt 10.02.95, tilveiebringer saltoppløsninger som er sinkholdige og med et lavt faststoffinnhold og som produserer en tynn filterkake med "lav permeabilitet på de sidene av borehullet som er i kontakt med fluidene. Fluidene omfatter en saltoppløsning, en amorf silika-viskositetsøker, et tilsetningsstoff mot filtreringstap, et selvstengingsmiddel.og eventuelt en alkalisk buffer.

Man har nå funnet at fluider med lavt faststoffinnhold og med høy densitet og med utmerkede reologiske og filtreringsegenskaper og med god termisk stabilitet tilveiebringes ved hjelp av fluidet samt fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen slik de er definert med de i kravene anførte trekk.

Fluidene i henhold til oppfinnelsen omfatter en vannoppløse-lig sinksalt-holdig saltoppløsning, en amorf silika-viskosi-'tetsøker, en biopolymer-viskositetsøker, et tilsetningsstoff mot filtreringstap og sinkkarbonat. Fluidet inneholder også eventuelt et polart tilsetningsstoff med lav molekylvekt, et selvstengingsmiddel og en alkalisk buffer, foretrukket sinkoksyd, som mere spesielt beskrevet heri.

Fluidene med lavt faststoffinnhold og høy densitet i henhold til oppfinnelsen er anvendbare som borevæsker for olje og gass, særlig ved boring i hydrokarbonhoIdige formasjoner, som brønnoverhalingsfluider og som kompletteringsfluider. Fluidene tilveiebringer utmerkede filtreringsegenskaper og gir ekstremt tynne filterkaker. Dette gir filterkaker som lettere kan fjernes, enklere brønnrensing og bedre hydrokarbonproduksjon. Den utmerkede viskositet ved lav skjærhastighet (reologiske egenskaper) for fluidene gir utmerkede suspensjonsegenskaper og hullrenseegenskaper.

Sinkkarbonatet øker viskositeten ved lav skjærhastighet og øker termisk stabilitet til fluidene som vist ved fluidenes viskositet ved lav skjærhastighet.

Fluidene i henhold til oppfinnelsen omfatter en amorf silika-viskositetsøker, en biopolymer-viskositetsøker, et tilsetningsstoff mot filtreringstap og sinkkarbonat dispergert i eller- suspendert i en saltoppløsning {dvs. en vandig væske som har ett eller flere oppløselige salter oppløst deri) inneholdende ett eller flere vannoppløselige sinksalter oppløst deri.

Den foretrukne saltoppløsning inneholder kalsiumbromid i tillegg til sinkbromid. Saltoppløsningen kan også inneholde andre vannoppløselige salter oppløst deri. Konsentrasjonen av kalsiumbromid, sinkbromid og andre vannoppløselige salter kan være en hvilken som.helst konsentrasjon opp til metning i saltoppløsningen. Densiteten av saltoppløsningen er fra 1560 kg/m<3> til 2400 kg/m<3> (13 lbm/gal til 20 lbm/gal). Som indikert i det foregående er slike saltoppløsninger vel kjent innen .teknikken. Kommersielt tilgjengelig er en kalsiumbromid- saltoppløsning med en densitet på 17 04 kg/m<3> (14,2 lbm/gal), en kalsiumbromid/sinkbromid-saltoppløsning med en densitet på 2304 kg/m<3> (19,2 lbm/gal), og kombinasjoner av disse saltoppløsninger med andre saltoppløsninger eller vannoppløselige salter. Saltoppløsningen kan inneholde fra 0,2% sink til 2 5% sink, foretrukket fra 0,5% til 16%, og mest foretrukket fra 5% til 16% sink.

Den amorfe silika-viskositetsøker, som er kjent og akseptert innen teknikken, er enten avledet ved hjelp av en væskefase-prosess eller ved hjelp av en dampprosess. Silikaer oppnådd ved hjelp av ,dampprosessen kalles røksilikaer eller pyrogene silikaer. Produkter oppnådd ved væskeprosessen kategoriseres som silikageler og presipiterte silikaer.

Silika må, for å være et effektivt fortykningsmiddel, ha en fin størrelse. Med fin størrelse menes at silikaet må være innen et partikkelstørrelsesområde som er mindre enn 100 millimikron. Disse silikamaterialer kan enten opprinnelig ha denne lille partikkelstørrelsen, eller de kan lett deaggregeres eller desintegreres til denne lille partikkelstørrelsen ved blanding inn i væsken som skal fortykkes. Svært anvendbare silika-fortykningsmidler er generelt blitt fremstilt ved pyrogene teknikker. Disse silikaer er det termiske ned-brytnings -sil isiumprodukt av silisiumtetraklorid. En viktig egenskap med disse pyrogene silikamaterialer er at de er løst aggregert til en størrelse på omtrent 0,5 til 5 mikron (/imi), men når de blandes i en væske deaggregerer de lett til

partikler med en størrelse på mindre enn 100 millimikron.

Silikafortykningsmidler er også blitt fremstilt ved hjelp av aerogelprosesser. Generelt er disse ikke så gode til å for-tykke væsker som pyrogene silikaer.

US patent nr. 4.216.113 omhandler en modifisert hydrogel-prosess som produserer silikafortykningsmidler med en partikkelstørrelse fra 0,5 til 5 /im. De deaggregeres lett under konvensjonell blanding til partikkelstørrelser som er mindre enn 10 0 millimikron. En kommersielt' tilgjengelig presipitert silika-viskositetsøker er HI-SIL T-600, et produkt fra PPG Industries, Inc. Den har en gjennomsnittlig endelig partikkelstørrelse på 21 millimikron og en.gjennomsnittlig agglomereringsstørrelse på 1,6 mikron (/im).

De pyrogene røksilikaer er foretrukne.

Biopolymer-viskositetsøkeren som kan anvendes i forbindelse med oppfinnelsen er foretrukket en xanthomonasgummi (xantangummi) . Xanthomonasgummi er kommersielt tilgjengelig. Den er en omfattende anvendt viskositetsøker og suspensjonsmiddel i forbindelse med en rekke fluider. Xanthomonasgummi kan fremstilles ved fermentering av karbohydrat med bakterier av slekten Xanthomonas. Representative for disse bakterier.er Xanthomonas campestris, Xanthomonas phaseoli, Xanthomonas mulvacearn, Xanthomonas carotoe, Xanthomonas traslucens, Xanthomonas hederae og Xanthomonas papavericoli. Gummien fremstilt ved hjelp av bakteriene Xanthomonas campestris er foretrukket i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse. Fermenteringen involverer vanligvis inokulering av et fermen-terbart medium som inneholder et karbohydrat, forskjellige mineraler og en nitrogenkilde. En rekke modifikasjoner i forbindelse med fermenteringsprosedyren og den etterfølgende bearbeiding anvendes kommersielt. På grunn av den store variasjon av fefmenteringsteknikker og forskjeller i be-arbeidingsoperasjoner som følger fermenteringen, vil forskjellige produksjonspartier av xanthomonasgummi ha noe ulike egenskaper vedrørende oppløselighét og viskositet. Xanthomonasgummier som kan anvendes ved den foreliggende oppfinnelse er relativt hydratiserbare xanthomonasgummier.

Kolloidet er en polymer inneholdende mannose, glukose, glukuronsyresalter som kaliumglukuronat, natriumglukuronat e.l., og acetylradikaler. Andre xanthomonasbakterier er blitt funnet som danner den hydrofile gummi og en hvilken som helst av xantangummiene og deres derivater kan anvendes i forbindelse med oppfinnelsen. Xantangummi er et lineært polysakkarid med høy molekylvekt som lett oppløses i vann til å danne et viskøst fluid.

Andre biopolymerer som fremstilles under innvirkning av andre bakterier eller sopp, og på passende fermenteringsmedier kan anvendes i fluidene i henhold til oppfinnelsen med den betingelse at de gir de ønskede termisk stabile reologiske egenskaper dertil. Dette kan lett bestemmes av en fagkyndig på området i overensstemmelse med læren i denne søknad.

Betegnelsen "biopolymer" skal forstås til å bety et ex-cellulært polysakkarid med høy molekylvekt, i overkant av 500.000, fremstilt ved fermentering av en karbohydratkilde under innvirkning av bakterier eller sopp. Representative mikroorganismer er slekten Xanthomonas, Pseudomonas, Agro-bacterium, Arthrobacter, Rhizobium, Alcaligenes, Beijerincka og Sclerotium. Et polysakkarid av suksinoglukantype fremstilt ved hjelp av mikroorganismer som NCIB 11592 og NCIB 11883 er kommersielt tilgjengelig.

• Polymere tilsetningsstoffer mot filtreringstap anvendt i brønnboringsfluider og vedlikeholdsfluider er såkalte vann-oppløselige polymerer som inkluderer pre-gelatinert stivelse, stivelsesderivater, cellulosederivater, lignocellulose-derivater og syntetiske polymerer. Representative stivelsesderivater inkluderer: hydroksyalkylstivelser som hydroksy-etylstivelse, hydroksypropylstivelse, hydroksypropylkarboksy-metylstivelse, de lett tverrbundne derivater derav o.l., karboksymetyistivelse og de lett tverrbundne derivater derav, kationiske stivelser som de tertiære aminoalkyleterderivater av stivelse, de lett tverrbundne derivater derav o.l. Representative cellulosederivater inkluderer karboksymetyl-cellulose med lav molekylvekt o.1. Representative ligno-cellulosederivater inkluderer alkalimetall- og jordalkali-metallsalter av lignosulfonsyre og pode-kopolymerer derav. Representative syntetiske polymerer inkluderer vinyl-

suifonat-kopolymerer og polymerer inneholdende andre sulfonatmonomerer.

De foretrukne polymere tilsetningsstoffer mot filtreringstap som anvendes i forbindelse med oppfinnelsen er stivelseseter-derivatene som hydroksyetylstiveIse, hydroksypropylstivelse, dihydroksypropylstivelse, karboksymetylstivelse, hydroksy-alkylkarboksymetylstivelse og kationiske stivelser, og de lett tverrbundne derivater av disse stivelsesetere.

Det polymere tilsetningsstoff mot filtreringstap er foretrukket et stivelseseterderivat som er lett tverrbundet, som med epiklorhydrin, fosforoksyklorid, oppløselige trimeta-fosfater, lineære dikarboksylsyreanhydrider, Njl^-metylenbis-akrylamid og andre reagenser inneholdende to eller flere funksjonelle grupper som er istand til å reagere med minst to hydroksylgrupper. Det foretrukne tverrbindingsmiddel er epiklorhydrin. Generelt er behandlingsnivået fra 0,005% til 0,1% av stivelsen for å gi en lav grad av tverrbinding med omtrent én tverrbinding per 200 til 1000 anhydroglukoseenheter. Tverrbindingen kan gjennomføres før eller etter stivelsen er derivatisert. I tillegg kan stivelsen modifiseres ved sur hydrolyse eller ved enzymhydrolyse eller oksydasjon til å gi en stivelsespolymer med lavere molekylvekt og som er delvis depolymerisert for derivatisering. Alternativt kan stivelseseterderivatet modifiseres ved hjelp av syrehydrolyse eller oksydasjon til å gi et stivelseseterderivat med lavere molekylvekt. Boken med tittelen "Mpdified Starches: Properties and Uses," av O.B.v Wurzburg, 1986 (CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida, USA) er en utmerket kilde for informasjon med hensyn til fremstilling av stivelsesderivater.

Mest foretrukket er tilsetningsstoffet mot filtreringstap enten (1) et tverrbundet eterderivat av delvis depolymerisert stivelse eller (2) et delvis depolymerisert tverrbundet eterderivat av stivelse. I det førstnevnte tilfellet (1) er stivelsen delvis depolymerisert før tverrbinding og derivatisering av stivelsen, mens i det sistnevnte tilfellet

(2) er stivelsen tverrbundet og derivatisert før den delvise depolymérisering av stivelsesderivatet. I begge tilfeller nedsettes molékylvekten av det tverrbundne stivelsesderivat wed dén delvise depolymérisering av stivelsespolymeren. I tilfelle (1) er det foretrukket at stivelsen hydrolyseres eller depolymeriseres i den utstrekning at viskositeten for en vandig dispersjon av stivelsen reduseres 25% til 92%, foretrukket 50% til 90%, før tverrbinding og derivatisering av stivelsen. I tilfelle (2) er det foretrukket at det tverrbundne stivelsesderivat hydrolyseres eller depolymeriseres i den utstrekning at viskositeten av en vann-dispersjon av stivelsesderivatet med en konsentrasjon på 60 kg/m<3> reduseres 15% til .50%, og foretrukket 20% til 40%.

Sinkkarbonat oppnås generelt ved presipitering fra vandige oppløsninger av oppløselig sinksalter, som sinkklorid. Avhengig av pH og bearbeidingsbetingelser, kan enten sinkkarbonat, ZnC03 eller basisk sinkkarbonat oppnås. Basisk sinkkarbonat omfatter, som kjent, blandinger av sinkhydroksyd og sinkkarbonat. I forbindelse med oppfinnelsen inkluderer betegnelsen "sinkkarbonat" som anvendt heri basisk sinkkarbonat, som også er blitt betegnet sinkhydroksykarbonat.

De foretrukne fluider i henhold til oppfinnelsen inneholder et spesielt selvstengingsmiddel ("bridging agent"). Partikkelstørrelsesfordelingen av selvstengingsmiddelet må være tilstrekkelig til å strekke seg over og forsegle porene i de underjordiske formasjoner i kontakt med fluidene. Størrelsesområdet bør inkludere enkelte svært fine partikler og enkelte partikler som er store nok til å stenge de største porer i hovedsakelig alle pérmeable jordformasjoner annet enn dem som er kjennetegnet ved problemer med tapt sirkulasjon. Slike "svært fine" partikler har foretrukket størrelser fra 0,01 til 2 /xm og slike "bridging size" partikler har foretrukket størrelser fra 2 /im til mindre enn 800 /im. De svært fine partikler vil bevirke til å nedsette permeabiliteten av filterkaken så snart denne begynner å danne seg. Dette resulterer i at ekstremt tynne filterkaker blir avsatt ved fluidene i henhold til oppfinnelsen.

Mengden av partikler og sterrelsesfordelingen og området av partiklene bør være slik at "the mud spurt" (inntrenging i formasjonen av hel-fluid mens en filterkake dannes) er relativt lav. "The mud spurt" er lav når fluidet inneholder en passende fordeling av partikkelstørrelser i selvstengings-størrelsesområdet og en passende total andel, i størrelses-orden minst 1 vekt%, av faste partikler. Selvstengingsmiddelet må være passende oppløselig i den sinkholdige salt-oppløsning som anvendes for å fremstille fluidet.

r Representative syreoppløselige selvstengingsmidler inkluderer kalsiumkarbonat, dolomitt (kalsium/magnesiumkarbonat), jern-karbonat og andre karbonater så vei som vannuoppløselige metalloksyder eller hydroksyder. Representative vannoppløse-lige salter inkluderer natriumklorid, kaliumklorid, kalsium-klorid, natriumformat, kaliumformat, cesiumformat, natrium-bromid, kaliumbromid, kalsiumbromid, natriumacetat, kalium-acetat o.l.

Hår selvstengingsmiddelet er vannoppløselig, er det foretrukket at saltoppløsningen er mettet med hensyn til selvstengingsmiddelet, eller i det minste hovedsakelig mettet slik at mindre enn 10 vekt% av selvstengingsmiddelet er oppløst i saltoppløsningen.

Eventuelt,.men foretrukket, inneholder fluidene i henhold til oppfinnelsen en alkalisk buffer og et polart tilsetningsstoff med lav molekylvekt.

Den alkaliske buffer kan være et hvilket som helst alkalisk partikkeImaterial med en lav vannoppløselighet som vil reagere med syrer for å nedsette fluidenes aciditet. Representative alkaliske buffere er magnesiumoksyd, kalsium-oksyd, sinkoksyd, kalsinert dolomitt, magnesiumhydroksyd, kalsiumhydroksyd, sinkhydroksyd, hydratisert dolomitt-kalk {ka1s ium/magne s iumhydroksyd) o.l., foretrukket s inkoksyd eller magnesiumoksyd. Mest foretrukket er bufferen sinkoksyd. Det er uventet funnet at anvendelsen av sinkoksyd i kombinasjon med sinkkarbonatet øker den termiske stabilitet til fluidene som indikert ved viskositeten ved lav skjærhastighet etter oppvarming av fluidene ved økte temperaturer.

Fluidene ifølge den foreliggende oppfinnelse bør utvise pH-verdier i området fra 3,0 til 6,0. Skjønt de reelle pH-verdier for svært konsentrerte saltoppløsninger ikke kan avleses nøyaktig ved anvendelse av et pH-meter, kan de relative pH-verdier for flere forskjellige høykonsentrerte saltoppløsninger sammenlignes nøyaktig. Således blir de målte pH-verdier til slike høykonsentrerte oppløsninger en pålitelig målemetode for å bestemme den relative surhet til de involverte fluider. De målte pH-verdier bestemmes med et standard pH-meter, hvis elektrode innføres i oppløsningen som skal måles. Som anvendt heri refererer betegnelsen "målt pH" til pH-verdier bestemt på den ovennevnte måte. Der det er nødvendig å.justere den målte pH, kan justeringen gjennom-føres stort sett på et hvilket som helst tidspunkt.

De polare tilsetningsstoffer med lav molekylvekt som kan anvendes i oppfinnelsen har en molekylvekt som er mindre enn omtrent 400 og inneholder en.eller flere polare grupper per molekyl valgt fra gruppen av hydroksyl-, amino og blandinger derav. Disse inkluderer alkoholer, alkylénglykoler, poly-alkylenglykoler, alkyletere av alkylénglykoler og polyalky-lenglykoler, aminer, alkylendiaminer, polyalkylenpolyaminér, piperaziner, aminoalkoholer o.l. De foretrukne polare tilsetningsstoffer har den empiriske formel

HO - CaH2a - z

hvor a er et helt tall fra 1 til 5 og Z er et radikal valgt fra H og (OCbH2b)n0R hvor b er 2, 3, eller blandinger derav, n er et helt tall fra 0 til 3 og R er et radikal valgt fra H, Cx<H>2x+1 og Cy<H>2y+1CO hvor x er et helt tall fra 1 til 5 og y er et helt tall fra 1 til 3. Foretrukket, er a = 2 eller 3 og Z = {OCbH2b)nOR. Det er således foretrukket at det vannopp-

løselige hydroksyholdige polare tilsetningsstoff inneholder minst to hydroksylgrupper eller minst en hydroksylgruppe og minst en etergruppe eller radikal i sin molekylstruktur.

Det polare tilsetningsstoff kan tjene en rekke funksjoner i fluidene i henhold til oppfinnelsen. Det polare tilsetningsstoff kan tjene til å fjerne (reagere med) oppløst oksygen i fluidene, det kan tjene til å oppnå binding mellom overflate-hydroksyler på partiklene av silika-viskositetsøker, og til å aktivere eller pre-oppløse det polymere tilsetningsstoff mot filtreringstap og biopolymeren i de sinkholdige saltopp-løsninger .

Hvilke som helst partikkelmaterialer i fluidene i henhold til oppfinnelsen kan virke som selvstengingsmidler eller bidra til stenging og forsegling av formasjonene i kontakt med fluidene. Således kan sinkkarbonat og alkalisk buffer inneholde, og vil vanligvis inneholde, partikler innen selvstengings-partikkelstørrelsesområdet. Dersom konsentrasjonen av disse partikler og deres partikkelstørrelsesfordeling er tilstrekkelig, vil mindre ytterligere selvstengingspartikler være nødvendige eller de kan faktisk være unødvendige. De svært fine partikler vil hjelpe til med å nedsette permeabiliteten av filterkaken så snart den begynner å danne seg, som nevnt i det foregående.

Konsentrasjonen av tilsetningsstoffene i fluidene i henhold til oppfinnelsen er' som følger:

De foretrukne fluider i henhold til oppfinnelsen er kjennetegnet til å ha en viskositet ved lav skjærhastighet på minst 3 0 00 centipoise, et sprut-tap ("Spurt Loss") på høyst 2 cm<3>, og et tretti minutters filtreringstap som er mindre enn 10 cm<3>, viskositeten ved lav skjærhastighet (LSRV) for for-målene vedrørende oppfinnelsen oppnås ved anvendelse av et Brookfield modell LVTDV-I viskosimeter med en nummer 2 eller 3 spindel med 0,3 omdreininger per minutt (skjærhastighet 0,063 sek'1) . LSRV er en indikasjon på fluidets suspensjonsegenskaper, og desto større LSRV desto bedre er suspensjonen av faststoffer i fluidet. Sprut-tap og filtreringstap for oppfinnelsens formål oppnås ved hjelp av en modifisert API filtreringstest. Til en API høytemperatur-filtreringscelle med fjernbare endehylser tilsettes en keramisk strupeskive med por es tør r el se 5 fim. Størrelsen av den keramiske skive er en diameter på 6,35 cm og en dybde på 0,635 cm. Filtrerings-testen gjennomføres i 30 min; ved den ønskede temperatur på 82,2°C under et trykk-differensial på 17,59 kg/cm<2> (250 pounds per square inch) supplert ved hjelp av nitrogen. 'Sprut-tapet måles som mengden fluid som fordrives fra filtreringscellen inntil fluidstrømmen er redusert til dråper. Filtrerings-tapet måles som den totale mengde fluid som samles i løpet av 3 0 min.

Fluidene i henhold til oppfinnelsen kan fremstilles ved å blande sammen saltoppløsningen, tilsetningsstoffet mot filtreringstap, silika, biopolymer, sinkkarbonat og selvstengingsmiddelet, den alkaliske buffer og det polare tilsetningsstoff, om anvendt, i en hvilken som helst rekkefølge. Det er imidlertid foretrukket at tilsetningsstoffet mot filtreringstap og biopolymeren først hydratiseres i en saltoppløsning med en densitet på høyst omtrent 1650 kg/m<3 >inneholdende det polare tilsetningsstoff, om noe. Deretter blir den gjenværende saltoppløsning med den densitet som kreves for å oppnå et fluid med den ønskede densitet, silika og sinkkarbonat blandet deri. Hvilke som helst ytterligere ønskelige tilsetningsstoffer som den alkaliske buffer og selvstengingsmiddelet blandes deri.

Fluidene i henhold til oppfinnelsen kan således foretrukket fremstilles ved å dispergere tilsetningsstoffet mot .filtreringstap og biopolymeren i en saltoppløsning med en densitet som er høyst omtrent 1650 kg/m<3> inneholdende det polare tilsetningsstoff, om noe, tilsette den gjenværende saltoppløsning som har den densitet som kreves for å oppnå et fluid med den ønskede densitet, og tilsette silika-viskositetsøkeren, sinkkarbonatet, selvstengingsmiddelet, den alkaliske buffer og hvilke som helst ytterligere ønskelige tilsetningsstoffer, og med inngående blanding derav.

For å beskrive oppfinnelsen mere fullstendig, er de etter-følgende eksempler angitt. I disse eksempler og i denne beskrivelse kan følgende forkortelser anvendes: API = American Petroleum Institute, FLCA = "fluid loss control additive", sek. = sekunder, min. = minutter, lbm/gal = pounds per U.S. gallon, /im = mikrometer (mikron), g = gram, cc = cm<3>, m = meter, °C ss grader Celsius, °F = grader Fahrenheit, ppg ss pounds per gallon, % = vekt%, kg/m<3> = kg per m<3>, PV= plastisk viskositet i centipoise, YP ss flytegrense i pascal, ds = 10 sekund/10 minutt gelstyrker i pascal, LSRV = Brookfield viskositet ved lav skjærhastighet ved 0,3 omdreininger per minutt, i centipoise, HTHP = høy temperatur, høyt trykk.

Den plastiske viskositet, flytegrensen og gelstyrkene ble oppnådd ved hjelp av prosedyrer som er angitt i API Reeommended. Practice 13B-1.

To basis-saltoppløshinger anvendes i eksemplene som følger: CaBr2 saltoppløsningen er en 1704 kg/m<3> kalsiumbromid-salt-oppløsning inneholdende omtrent 51,9 vekt% CaBr2, ZnBr2 salt-oppløsningen er en 2304 kg/m<3> sinkbromid/kalsiumbromid-salt-oppløsning inneholdende omtrent 52,8 vekt% ZnBr2 og 22,8 vekt% CaBr2.

To selvstengingsmidler er blitt anvendt i eksemplene: kalsiumkarbonat nr. 1 og kalsiumkarbonat nr. 2 er kalsiumkarbonat med den partikkelstørrelsesfordeling som er angitt i det etterfølgende. Partikkelstørrelsesfordelingen av sinkkarbonat, sinkoksyd og magnesiumoksyd anvendt i eksemplene er også angitt i det etterfølgende. Partikkelstørrelsene ble bestemt med Malvern Instruments MASTER SIZER E.

Eksempel I

Fluider med høy densitet og lavt faststoffinnhold med en densitet på 2100 kg/m<3> (17,5 ppg) ble fremstilt som følger: mengden av en 1704 kg/m<3> (14,2 ppg) kalsiumbromid-saltopp-løsning indikert i tabell A, 2,5 g av en syrebehandlet, hydroksypropylert maisstivelse som var blitt lett tverrbundet med epiklorhydrin, 1,5 g xantangummi, 0,1 cm3 dietylenglykol, 0,1 cm<3> silikon-skumdemper, og mengden vann indikert i tabell A ble blandet sammen i 15 min. på en Hamilton Beach blander. Deretter ble det tilsatt 3 g Cab-O-Sil M5 silika viskositets-øker, og konsentrasjonen av en 23 04 kg/m<3> (19,2 ppg) sinkbromid/kalsiumbromid-salt løsning, sinkoksyd, sinkkarbonat, magnesiumoksyd og kalsiumkarbonat nr. l angitt i tabell l og fluidene ble blandet i 4 min. med en Brookfield blander. Viskositetene og pH-verdiene til fluidene ble deretter bestemt. Fluidene ble varmvalset ved 82,2°C i 16 timer og viskositeter og pH ble igjen bestemt etter avkjøling til 48,9°C. Fluider i duplikat ble fremstilt og viskositeter og pH ble bestemt etter statisk aldring ved 82,2°C i 16 timer og avkjøling til 48,9°C.

De oppnådde data er angitt i tabell B og C.

Eksempel II

Fluidene ble fremstilt som i eksempel I med unntak av at fluidene inneholdt 3 cm3 dietylenglykol. Sammensetningen av fluidene er angitt i tabell A og de oppnådde data er angitt i tabell D.

Eksempel III

Fluider med densiteter som angitt i tabell E ble fremstilt som følger: mengden av en 1704 kg/m<3> {14,2 ppg).kalsiumbromid- saltoppløsning som indikert i tabell E ble blandet i 15 min. med 6 g av den syrebehandlede, hydroksypropylerte maisstivelse som var blitt lett tverrbundet med epiklorhydrin, 2 g xantangummi, 0,1 cm<3> dietylenglykol, 0,1 cm<3> av en silikon-skumdemper og mengden vann indikert i tabell B. Deretter ble det tilsatt 2 g Cab-0-SilM5 silika-viskositets-øker,- 5 g sinkoksyd, 10 g sinkkarbonat, 10 g kalsiumkarbonat nr. 2 og mengden av en 2304 kg/m<3> (19,2 ppg) sinkbromid/- kalsiumbromid-saltoppløsning som angitt i tabell E og fluidene ble blandet i 4 min. Fluidene ble evaluert som i eksempel I og II. De oppnådde data .er angitt i tabell E.

Fluidene uten sinkkarbonat er ikke eksempler på fluider i henhold til oppfinnelsen. De ble evaluert kun for sammen-ligning.

Som angitt i det foregående inneholder de foretrukne fluider både sinkkarbonat og sinkoksyd.

Eksempel IV

Høydensitetsfluider med lavt faststoffinnhold med densiteten som er indikert i tabell F ble.fremstilt som i eksempel I ved anvendelse av den mengde av bestanddeler som er angitt i tabell F. Disse fluider ble evaluert med hensyn til viskositeten ved lav skjærhastighet og høytemperatur-, høy-trykks -f iltreringstapet ved 82,2°C etter varmvalsing i 16 timer ved 82,2°C. De oppnådde data er angitt i tabell F.-

Claims (13)

1. Fluid for anvendelse i forskjellige olje- og gass-brønnoperasjoner, karakterisert ved at det omfatter en salt-oppløsning som oppløst deri har et sinksalt og eventuelt ett eller flere ytterligere vannoppløselige salter, idet saltopp-løsningen har en densitet fra 1560 kg/m<3> til 2400 kg/m<3>, en silika-viskositetsøker med en partikkelstørrelse som er mindre enn 100 millimikron, en biopolymer-viskositetsøker, et tilsetningsstoff mot filtreringstap, og sinkkarbonat, hvor sinkkarbonatet er tilstede i en mengde som er tilstrekkelig til å øke fluidets viskositet ved lav skjærhastighet.

2. Fluid som angitt i krav 1, hvori sinksaltet er sinkbromid.

3. Fluid som angitt i krav 2, hvori tilsetningsstoffet mot filtreringstap er et stivelseseterderivat valgt fra hydroksy-etylstivelse, hydroksypropylstivelse, dihydroksypropylstivelse, karboksymetylstivelse, hydroksyalkylkarboksy-metylstivelse, kationisk stivelse og de lett tverrbundne derivater derav med omtrent en tverrbinding per 200 til 1000 anhydroglukoseenheter i stivelsesderivatet, og blandinger derav.

4. Fluid som angitt i krav 3, hvori stivelseseterderivatet er avledet fra en stivelse som er blitt delvis hydrolysert for å nedsette molekylvekten av stivelsen eller hvor stivelseseterderivatet er blitt delvis depolymerisert for å nedsette molekylvekten derav.

5. Fluid som angitt i krav 1, 3 eller 4, som inneholder fra 1,4 til 14,3 kg/m<3> av silika-viskositetsøkeren, fra 0,7 til 11,4 kg/m3 av biopolymeren, fra 8,5 til 42,8 kg/m<3> av tilsetningsstoffet mot filtreringtap, fra 14,3 til 143 kg/m3 av sinkkarbonatet, fra 0 til 28,6 kg/m<3> av en alkalisk buffer, fra 0 til 143 kg/m<3> av et selvstengings-middel og fra 0 til 42,8 kg/m<3> av et polart tilsetningsstoff.

6. Fluid som angitt i krav 1, 3 eller 4, hvori silikaet er en røksilika og biopolymeren er en xantangummi.

7. Fluid som angitt i krav 5, hvori silikaet er en røksilika og biopolymeren er en xantangummi.

8. Fluid som angitt i krav 7, hvori selvstengingsmiddelet er valgt fra natriumklorid, kalsiumkarbonat og blandinger derav.

9. Fluid som ångitt i krav 7, hvori selvstengingsmiddelet er kalsiumkarbonat og den alkaliske buffer er sinkoksyd.

10. Fluid som angitt i krav 7, hvori selvstengingsmiddelet er kalsiumkarbonat, den alkaliske buffer er valgt fra magnesiumoksyd, sinkoksyd og blandinger derav, og det polare tilsetningsstoff har den empiriske formel HO-CaH2a-Z hvor a er et helt tall fra 1 til 5, og Z er et radikal valgt fra H og (OCbH2b)nOR hvor b er 2, 3 eller blandinger derav, n er et helt tall fra 0 til 3, og R er et radikal valgt fra H, CxH2x+1 og CyH2y+1CO hvor x er et helt tall fra 1 til 5 og y er et helt tall fra 1 til 3.

11. Fremgangsmåte for å øke viskositeten ved lav skjærhastighet av et fluid, idet fluidet omfatter en saltopp-løsning som oppløst deri har et sinksalt og ett eller flere ytterligere vannoppløselige salter, idet saltoppløsningen har en densitet fra 1560 kg/m<3> til 2400 kg/m<3>, en silika-. viskositetsøker med en partikkelstørrelse som er mindre mindre enn omtrent 100 millimikron, en biopolymer-viskositetsøker og et tilsetningsstoff mot filtreringstap, karakterisert ved at den omfatter å tilsette sinkkarbonat til fluidet.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, hvori sinksaltet er sinkbromid, silikaet er røksilika, biopolymeren er en xantangummi og tilsetningsstoffet mot filtreringstap er valgt fra stivelseseterderivater som er blitt delvis depolymerisert for å nedsette molekylvekten derav, og stivelseseterderivater som er avledet fra en stivelse som er blitt delvis hydrolysert for å nedsette molekylvekten derav.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav li-eller 12, hvori fluidet ytterligere inneholder sinkoksyd.