NO326444B1 - Fremgangsmate og middel for stabilisering og tetting av underjordiske formasjoner eller forhindring av jorderosjon - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte ved stabilisering av sand, jord eller underjordiske formasjoner eller tetting av vannførende lag i underjordiske formasjoner gjennom utfelling av minst ett mineral omfattende å injisere en vandig løsning av salter som omfatter: a) Ca2+ ioner i konsentrasjon 50 - 1500 mM, b) anioner tilsatt som del av Ca-salt i konsentrasjon svarende til konsentrasjonen av Ca2+ ionene, c) urea av konsentrasjon 50 - 1500 mM, d) Mg2+ ioner i konsentrasjon 0 - 200 mM e) polyfosfat (Na5P3O10/Na3P3O9) med konsentrasjon 0 - 100 med mer f) en plantebasert urease katalysator og eventuelt sur eller basisk fosfatase katalysator.

Description

Fremgangsmåte og middel for stabilisering og tetting av underjordiske formasjoner eller forhindring av jorderosjon

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved stabilisering av underjordiske formasjoner eller tetting av vannførende lag i slike formasjoner gjennom utfelling av minst ett mineral ved en type teknologi som generelt ofte omtales som kvasi naturell konsolidering (QNC). Fremgangsmåten egner seg også for stabilisering av jord for å hindre erosjon. Videre angå oppfinnelsen et middel til bruk ved fremgangsmåten.

Bakgrunn

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

En rekke teknikker har vært foreslått for å kontrollere sandproduksjon. En av disse inkluderer kjemisk konsolidering ved at kalsiumfosfat blir utfelt i brønnens nærområde. Dette oppnås ved at to forskjellige vannoppløsninger blir blandet "in situ" i brønnens nærområde.<1> Denne metode fungerer i laboratoriet, men er teknisk sett ubrukbar pga det store antall injeksjoner, 150-200, og pga at det har vist seg praktisk umulig å blande separate vannoppløsninger inne i selve formasjonen. Metoder som benytter forskjellige typer resiner( f.eks. furan epoxy og phenoliske resiner, natrium silikat basert aluminium oksid, sementerende materialer og silikon halid) er også foreslått. Andre teknikker som inkluderer plassering av tubulære skjermer i brønnen og gruspakninger mellom sandformasjonen og skjermen. Gruspakninger og/eller harde resiner fyller området som er i kontakt med formasjonen og skjermen for å hindre sanden i formasjonen i å følge med strømmen av fluider som blir produsert.

Under boring av oljebrønner støter man ofte på meget svakt konsoliderte eller lite stabile områder. Når boreutstyr trekkes ut kollapser formasjonen i brønnområdet. Ved på forhånd å stabilisere området rundt brønnen som skal bores, kan man unngå slike problemer.

Under driving av en tunnel oppstår det svært ofte vann lekkasjer fra fine sprekker i fjellet. Disse vannførende sprekkene er for tette til at vanlige tettemetoder kan benyttes. I dag brukes det finkornet og hurtig størknende sement. Selv denne har problemer med å trenge inn i de vannfuktende porene og konsekvensen er fortsatt vanngjennomtrengning etter at den konvensjonelle tetteprosessen er ferdig.

Erosjon av jord et meget stort problem over hele kloden. Denne forårsakes av kraftig vind og sterk nedbør som fjerner fruktbar jord fra dyrkbare områder. Ved å stabilisere det øverste jordlaget slik at dette ikke lett fjernes fra overflaten pga vind og flømmende vann, kan store og sårbare dyrkingsområder bevares.

Det er kjent fra flere publikasjoner å stabilisere jord og underjordiske formasjoner ved tilsetning eller injeksjon av forskjellige saltløsninger som blir utfelt på ønsket sted og der bevirker en binding av løse partikler i formasjonen eller jorden slik at disse ikke lett kollapser eller lar seg vaske ut.

Fra norsk patentskrift nr. 313203 er det kjent en fremgangsmåte for å utfelle uorganiske salter i porøse media, som blant annet kan være sandsteinformasjoner i ukonsoliderte hydrokarbonholdige |reservoarer. Ifølge denne metode injiseres først en løsning av et første løselige salt, deretter injiseres en ikke reaktiv elektrolytt og så en andre løsning av et andre løselig salt, før endelig en ikke reaktiv elektrolytt blir injisert på nytt. Alle nevnte løsninger/ elektrolytter injiseres i hovedsak til samme sted, nemlig der utfelling ønskes. For å få blandet de to saltløsninger som hver for seg er løselige, men som blandet fører til den ønskede utfelling, er det nødvendig å koble til en pumpeanordning som vekselvis skyver og trekker på de injiserte løsninger og elektrolytter slik at disse blir godt blandet. Saltløsninger som er beskrevet som egnet for formålet er for den første løsning typisk CaCl2 og den andre løsning KH2PO4, og det salt som derved felles ut vil være okta-kalsiumfosfat, CasH2(P04) <*>5H20. Metoden har vist seg lite velegnet i full skala, blant annet fordi den ønskede pumpevirkning er vanskelig og tidkrevende og fordi det kreves et meget høyt antall repetisjoner av injisering for å oppnå ønsket stabilisering.

Fra US patent nr 5,143,155 er det kjent at redusering av porøsitet og permeabilitet av olje reservoarer er mulig ved utfelling av CaC03 fra en vannoppløsning inneholdende kalsium klorid, urea og urease fremstilt in situ bakteriell Hensikten med patentet er å redusere porøsitet/permeabilitet av geologiske undergrunnsformasjoner for å øke oljeproduksjonen fra et oljereservoar og å redusere strømmen av forurensninger, som kom fra tidligere operasjoner, og som befant seg i vannfasen. Patentet beskjeftiger seg ikke mer generelt med problematikk rundt stabilisering av jord eller formasjoner.

Fra SPE publikasjon 50621 (Harris, R. E. and McKay, I. D.. New application forenzymes in oil and gas production. The 1998 SPE European Petroleum Coference, The Haque, The Netherlands 20-22 October 1998) er det kjent at urease kan benyttes til å dekomponere urea for å konsolidere sand ved utfelling av CaC03. Det er også kjent fra dette arbeidet at kalsium fosfat kan produseres ved reaksjon mellom et enzymatisk dekomponert fosfat og kalsium klorid. Arbeidet konkluderer med at slike materialer har potensial for tetting av vannførende lag samt for sand stabiliseringsanvendelser.

Det er kjent i litteraturen at kalsium, urea og urease kan danne CaC03 for å endre porøse mediers permeabilitet, se foreksempel Nemati, M., Greene, E. A. og Voordouw. G.. Permeability profile modification using bacterially formed calcium carbonate: comparison with enzymic option. Process Biochemistry 40 (2005) 925-933, samt Nemati, M. og Voordouw. Modification of permeability profile, using calcium carbonate produced enzymatically in situ. Enzyme and Microbial Technology 33 (2003) 635-642.

Formål

Det er et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en forbedret fremgangsmåte for å stabilisere ukonsoliderte eller svakt konsoliderte underjordiske formasjoner, for å stanse jorderosjon og/ eller for å tette vannførende lag i underjordiske formasjoner, hvilken fremgangsmåte skal være miljøvennlig, rimelig og fortrinnsvis reverserbar om så ønskes.

Det er et avledet formål å oppnå dette gjennom injisering av løsninger inneholdende visse typer mineraler, på en slik måte at antallet injiseringer kan reduseres i forhold til hva som er tilfelle med kjente, eksisterende løsninger.

Det er også et avledet formål at dette kan utføres på en teknisk/industriell måte, som gjør prosessen enkel å utføre, ved at råmaterialene løst i vann er industrielt tilgjengelige i stort kvantum, samtidig som disse vannoppløsningene lett kan la seg transportere dit de skal benyttes.

Oppfinnelsen

Oppfinnelsen omhandler i henhold til et første aspekt en fremgangsmåte kjennetegnet ved de trekk som fremgår av patentkrav 1.

I henhold til et annet aspekt omhandler oppfinnelsen etstabiliseringsmiddel som er kjennetegnet ved de trekk som fremgår av patentkrav 18.

Fordelaktige trekk ved oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, som enkelt kan tilpasses ulike behov, situasjoner og applikasjoner, oppnås en effektiv, rasjonell og derfor rimelig behandling av formasjoner som behandles. Det er tilstrekkelig med en enkelt injisering uten forutgående plassering av bakterier og uten etterfølgende pumping for å bevirke et første stabiliseringstrinn av den formasjon som behandles, og det er normalt tilstrekkelig med færre en ti repetisjoner for å oppnå en fullverdig stabilisering av formasjonen.

Fremgangsmåten og midlet representerer således en vesentlig forbedring i forhold til den kjente teknikk på området og har vist seg velegnet ved forsøk i full skala.

Foreliggende oppfinnelse kommer til anvendelse innen følgende tre ulike, men beslektede applikasjonsområder eller varianter, nemlig 1) reservoarstabilisering, 2) lekkasjetetting og 3) stansing av jorderosjon.

Generelt for alle de nevnte applikasjonsområder gjelder at foreliggende framgangsmåte er miljøvennlig, løsningene har gode fukteegenskaper og meget god gjennomtrengingsevne i porøst, vannfuktende materiale.

Når det gjelder kjemien av foreliggende fremgangsmåte, innebærer denne en kontrollert utfelling av uorganiske salter av CaC03, og av Ca3(PO)4, MgNH4P04<*>6H20, samt eventuelt også andre forbindelser som inneholder kalsium, magnesium, karbonat, fosfat eller ammonium og som binder sand, leire og jordpartikler sammen til en sammenhengende matrise som kan tåle ytre fysiske påkjenninger.

Slike forbindelser er som nevnt også tidligere blitt forsøkt benyttet til stabilisering av underjordiske formasjoner, men så langt oppfinneren kjenner til ikke gjennom en slik fremgangsmåte som foreliggende oppfinnelse beskriver og definerer.

Bruken av enkle uorganiske forbindelser som injiseres i en og samme løsning kombinerer flere fordeler. Billige råvarer, som samtidig er kompatible med omgivelsene, gir en konsolideringsprosess og/eller en tetteprosess som er miljøvennlig. En annen hovedfordel med den foreslåtte metoden er at en kan benytte de aktuelle vannoppløsningene med små modifikasjoner av det utstyr som benyttes til andre formål. En betydelig fordel med den aktuelle metoden er at den er fullstendig reversibel, fordi de uorganiske saltene som benyttes i konsolideringsprosessene er oppløselig i enkle syrer. Derfor kan feil rettes og finjustering oppnås.

Nærvær av urease og fosfatase i samme løsning som saltene innebærer en rask og effektiv utfelling når løsningen er på plass i formasjonen. Videre er det mulig å benytte løsninger med forholdsvis høye konsentrasjoner av salter uten å få for tidlig utfelling av de aktuelle salter.

Før figurene gjennomgåes med detaljert, skal vi redegjøre litt mer konkret for de forskjellige applikasjonsområder som foreliggende oppfinnelse er spesielt egnet for. I det følgende er ulike varianter eller applikasjoner av oppfinnelsen betegnet som variant 1, variant 2 og variant 3.

I det følgende vil foreliggende oppfinnelse bli bedre forklart gjennom noen eksempler på foretrukne utførelsesformer.

Variant 1 - Stabilisering av ukonsolidert sand i oljeholdige formasjoner

Ved bruk i reservoarer som produserer gass og/ eller olje benyttes foreliggende oppfinnelse til å binde sammen sandkorn og leirepartikler i reservoaret. I den porøse strukturen i det nære brønnområdet, vil en oppnå tilstrekkelig konsolidering med akseptabel permeabilitetsreduksjon. Metoden ifølge oppfinnelsen innebærer i denne forbindelse den fordel at olje- eller gassproduksjonen kan økes uten at det blir produsert sand. Dersom det oppstår uforutsett skade i oljebrønnen, kan prosessen fullstendig reverseres ved hjelp av en tradisjonell syrevask.

I slike reservoarer vil teknikken for injisering normalt ha form av såkalt "bullheading" med en metastabil vannoppløsning, som i det nære brønnområdet gir utfelling av ett eller flere uorganiske salt. Med "bullheading" menes i denne sammenheng å pumpe en metastabil vannoppløsning gjennom en oljebrønn og inn i brønnens nærområde for deretter å vente for å gi salter i løsningen tid og anledning til å felle ut. Dersom en bare trenger å behandle bestemte soner i brønnen, kan en plassere en pakning i brønnen etter disse sonene før injiseringen starter.

En overmettet metastabil vandig oppløsning som omfatter bl.a. CaCI2, urea og plantebasert urease katalysator injiseres i formasjonen som skal behandles. Når oppløsningen er plassert, vil urea dekomponere, C03<2>" dannes og CaC03 blir utfelt. Utfellingen har vist seg å lede til en konsolidering av formasjonen hvilket er ett av oppfinnelsens hovedmål. Det har imidlertid vist seg at ikke enhver utfelling av et gitt salt gir samme virkning i form av konsolidering, idet valg av urease katalysator og behandling/ raffinering av urease katalysatoren påvirker evnen til konsolidering.

Konsentrasjonen av de kalsiuminneholdende salter, så som CaCb eller Ca(N03)2, av urea og av katalysator som blir tilsatt, blir typisk tilpasset den aktuelle applikasjon for å få et optimalt resultat, det vil si utfelling av salter til ønsket tid og med ønsket mengde. Også andre kalsiumsalt kan benyttes. Som katalysator benyttes en plantebasert urease og fortrinnsvis en Jack Bean Meal urease katalysator, fortrinnsvis i form av et ekstrakt av Jack Bean Meal i vann eller/ og alkohol. Konsentrasjonen av kalsiuminneholdende salt og urea er fortrinnsvis i området 250 - 1000 mMol. Urease katalysatoren fremstilles ved ekstrahering av 2-20 g råstoff (eks. Jack Bean Meal)/ liter. Saltet som blir utfelt er kalsitt, CaC03.

Etter at katalysatoren er løst i vann, blir løsningen normalt filtrert før bruk. Ofte blir raffinerte urease produkter fremstilt i en KH2PO4/ K2HP04 buffer. Dette resulterer i fosfat forurensninger i ureasen, og resulterer i Ca2(P04)2 typer forurensinger som gir dårlig sand konsolidering. Det er derfor foretrukket å benytte urease produkter som ikke er raffinert eller fremstilt på denne måten.

Ved anvendelse av foreliggende oppfinnelse i henhold til variant 1 blir kalsitt krystaller utfelt og vokser i hovedsak på korngrenser eller på overflaten av sandkorn og binder disse sammen uten at formasjonens karakteristiske permeabilitet for olje reduseres vesentlig. Permeabiliteten for vann blir redusert mer enn permeabiliteten for olje, hvilket selvsagt er ønskelig ved stabilisering av oljeproduserende formasjoner.

Utfelling kan skje innen et bredt og regulerbart tidsrom, ved lave og høye trykk, og med en temperatur under 65° C. Utfellingstiden reguleres ved mengde urease/urea og temperatur. Når temperaturen øker opp til 60°C øker utfellingshastigheten. Over denne temperaturen avtar hastigheten igjen fordi urease katalysatoren deaktiveres. Økt katalysator-konsentrasjon gir også økt utfellingshastighet samtidig som økt urea konsentrasjon over et gitt relativt urease/urea nivå fører til deaktivering av katalysatoren og dermed til redusert utfellingshastighet. Det optimale blandingsforhold for en gitt formasjon og en gitt temperatur kan finnes ved bruk av erfaringsdata og tester på kjerneprøver eller lignende. Man beregner på forhånd de volumer som må pumpes for hver injisering på basis av det området i brønnen som skal behandles. Dette varierer betydelig fra lange horisontale brønner med lange produserende soner til vertikale brønner med korte produksjonssoner.

Er det leirmineraler i formasjonen som uønsket kan svelle under behandlingen, kan dette motvirkes ved tilsats av salter av typen natrium klorid i oppløsningen som injiseres.

Er temperaturen for høy i reservoaret, over 60-65°C, kan en først injisere kaldt vann for å senke temperaturen i reservoaret ned i området 30-50° C. Dette gjøres slik at temperaturen i reservoaret holder seg under 60-65°C så lenge den aktive oppløsningen virker reservoarstabiliserende; det vil si mellom 5 til 20 timer. Mellom hver injeksjon av aktiv oppløsning må temperaturen i reservoaret kjøles til 30-50°C.

Når en oppløsning som spesifisert ovenfor omfattende Ca<2+> + urea + urease fremstilles ved mellom 1 og 20°C og så direkte injiseres inn i det nære brønnområdet av en oljebrønn, vil svært lite CaC03 felles før oppløsningen har rukket å nå formasjonen i det nære brønnområdet. Etter injeksjon holdes løsningene på plass opp til ett døgn, avhengig av formålet med behandlingen, ved at trykket fra reservoaret ballanseres med et mottrykk fra injeksjon systemet. Deretter gjentas behandlingen til nødvendige konsolidering av formasjonen i det nære brønnområdet er oppnådd.

Antallet injeksjoner tilpasses den aktuelle formasjon og det aktuelle behov i henhold til erfaringsdata og tester som utføres på kjerneprøver. Normalt vil antallet injeksjoner som kreves være færre enn eller lik 10.

En anvendelse av fremgangsmåten under variant 1 kan være å stabilisere en oljeformasjon under boring av brønn. En kan da unngå tradisjonell komplettering av brønnen med sand og stålskjerm. Dette vil bety at brønnen må motstå trykk gradienten over nærbrønnsonen under oljeproduksjon. En brønn komplettert med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen blir langt billigere enn for tradisjonelt kompletterte brønner.

Variant 2 - Tetting av vannlekkasjer i underjordiske formasjoner Ved foreliggende fremgangsmåte kan det oppnås en drastisk reduksjon av permeabiliteten til vannfuktende fjell slik at lekkasjer av vann blir stanset. Dette kan ha stor betydning ved drift av tunneler for ulike formål, så som for veier etc gjennom fjell og eventuelt under fjorder.

De kjemiske komponenter som inngår og konsentrasjonene av disse er prinsipielt de samme som under variant 1, mens metoden for fysisk å plassere løsningen på det aktuelle sted ofte vil være litt annerledes.

Når en undergrunns konstruksjon, for eksempel en tunnel, er under bygging a) eller er ferdig utbygget b) kan denne tettes for vannlekkasjer ved injeksjon av en metastabil vannoppløsning, som feller ut ett eller flere uorganisk salt i sprekker i fjellet. Saltet krystalliserer, vokser i størrelse for hver injeksjon og tetter til slutt fjellsprekkene.

a) Under driving av tunnel: Flere hull bores i det området i fjellet der tunnelen skal gå. Deretter injiseres vannoppløsningen slikt at de vannførende sprekkene fylles med den

aktive oppløsningen. Pakninger plasseres langt nok inne i borehullene slik at neste utsprengning ikke tar med seg pakningene. Oppløsningen kan da bli stående i fjellet i tilstrekkelig tid til at oppløsningen kan virke.

Tetteprosessen fortsetter ved at nye hull bores for injisering før neste sprenging etc.

Gjennom utfelling og vekst dannes bl.a. store CaC03 krystaller. Disse fester seg til poreveggene, fyller og tetter pore volumet, og reduserer vanntransporten i de fine vannledende fjellsprekkene.

b) Tetting av ferdig drevet tunnel: Det bores et hull i nærheten av en vannlekkasje som egner seg godt for å nå mange av de vannførende sprekkene. Deretter pumpes den

metastabile vannoppløsning inn i hullet og presse under trykk inn i sprekkene. En pakning plasseres i hullet slik at den aktive oppløsningen får tid til å virke. Behandlingen gjentas om nødvendig opp til 3-4 ganger.

Behandlingene under variant 2a) og 2b) kan foretas med tradisjonelt injeksjonsutstyr for tetting av undergrunns konstruksjoner.

Fortetting av undergrunn konstruksjoner vil injiseringsmetode bestå i pumping av vannoppløsningen inn i et område hvor vann lekkasjen forekommer. Fra geologiske observasjoner bestemmes sted for boring av hull for montering av pumpe og annet utstyr slik at de vannførende sonene nås.

Variant 3 - Stabilisering av jord for å hindre erosjon.

Komponentene og kjemien ved denne variant er prinsipielt den samme som under variant 1 og 2. Imidlertid oppnås ofte ikke tilstrekkelig stabilisering av jord med utelukkende CaC03. Magnesium og polyfosfat benyttes under variant 1 og 2, men er enda viktigere i tilknytning til konsolidering av jord enn til konsolidering av sandformasjoner. Til å bryte ned polyfosfat benyttes en sur eller basis fosfatase katalysator.

Den vandige løsningen inneholder gjødselselementer. Disse vil, når jorden igjen skal dyrkes, kunne løses og vil da virke som vanlig kunstgjødsel.

Ved fremgangsmåten ifølge variant 3 av foreliggende oppfinnelse, det vil si til jordstabilisering, oppnås en jordskorpe av flere cm tykkelse som er forholdsvis hard og sterk og som forblir i ro selv om store nedbørsmengder skyller over jorden over et tidsrom av dager og uker.

Jordpartikler bindes sammen i en flere cm tykk hard overflate som stopper jorderosjon. Dette oppnås på følgende måte: Salter av kalsium, magnesium samt polyfosfat og katalysator løses i vann eller en vandig løsning i en tilfeldig rekkefølge, som eventuelt kan inneholde også andre salter, så som NaN03 og KN03 Vannoppløsningen vil uansett konsentrasjon av saltene være såkalt metastabil, det vil si ustabil over tid, og føre til avsetning av spesielt CaCC>3 (kalsitt) samt MgNH4P04-6H20 (struvitt), men også forskjellige modifikasjoner av kalsiumfosfat. Disse mineralene bidrar i fellesskap til å binde sammen jordpartiklene nær overflaten til en flere cm tykk og forholdsvis hard skorpe.

Over en lengre tidsperiode med nedbør, som står i forhold til det stabiliseringsbehovet som var forventet, vil disse mineralene langsom løses. Jorden er tilført gjødslet gjennom de oppløste mineralene og blir igjen dyrkingsklar.

Det kjemiske grunnlaget; utfelling av tung løselig mineraler.

Flere mineraler er undersøkt i laboratoriet. Noen av disse har vist seg å kunne konsolidere sand effektivt med lite tap av permeabilitet og egner seg spesielt godt for variant 1 og 3 ovenfor. CaC03 har også vist seg godt egnet for variant 2 når de sprekkene som skal tettes har et relativt lite strømningstverrsnitt, eller at vannlekkasjen som skal tettes er liten.

Kalsitt prosessen.

Urea representerer en gruppe aminer hvor den enkleste typen er (NH^CO. Urea forekommer naturlig i levende organsimer, og er således ikke giftig. Den produseres i store mengder for industriell bruk, og er derfor et meget billig råstoff. Urea løses lett i vann, og kan spaltes via reaksjonen

Reaksjonen er langsom ved romtemperatur, men hastigheten øker med økende temperatur. Enzymet urease kan benyttes i små mengder for å øke reaksjonshastigheten ved temperaturer under ca. 70°C. Det er som nevnt kjent i litteraturen at kalsium, urea og urease kan danne CaC03 for å endre porøse mediers permeabilitet. Det er imidlertid ikke kjent i litteraturen er at den CaC03 som dannes enzymatisk ved reaksjonene 1 og 2, kan variere betydelig i sand stabiliserende evne avhengig av hvilken type urease som benyttes. Valget av urease katalysator og eventuell raffineringsmåte for katalysatoren har stor betydning for den konsoliderende virkning. Oppfinnerne har funnet at katalysatoren må være en plantebasert katalysator. Mest foretrukket råmateriale for katalysatoren er Jack Bean Meal som gir en aktiv katalysator for felling av CaC03 ved at en bruker for eksempel et vann ekstrakt av stoffet. Vannoppløsningen kan inneholde store mengder råmateriale for dannelsen av CaC03 uten at produktet dannes før råmaterialet er plassert der det skal virke. Konsolidering/tette-reaksjonen er

Ved å blande oppløsningene A og B og deretter tilsette en gitt mengde av katalysatoren løst i vann eller annet egnet løsningsmiddel, oppnår man en langsom dannelse av CaC03 som stabiliserer løse sandholdige medier:

Det er mange parametere som virker inn på utfellings- og stabiliserings - prosessen. Mengde råmateriale og katalysatorkonsentrasjonen samt temperatur har avgjørende betydning. Varierende konsentrasjoner av utgangsstoffene må til for å oppnå godt resultat for de forskjellige variantene 1, 2 og 3.

Tabell 1 oppsummerer data og resultater for utfelling av CaC03 og konsolidering av noen sand pakker. Apparaturen var opprinnelig fylt med silikatsand med midlere kornstørrelse, dgr = 0.1-0.3 mm . Etter at sanden var pakket var porøsiteten e0 = 0.36, mens permeabiliteten var 8-10 Darcy ved vanngjennomstrømning. Etter oljemetting med en Oseberg olje var permeabiliteten 4-4,5. For å stabilisere sandpakken ble denne fylt med oppløsningen gitt i Tabell 1. Tabellen og figurene 2, 7 og 5 viser henholdsvis permeabilitetsutviklingen og sandproduksjonsrate som funksjon av antall injeksjoner etter konsolidering. Oppløsningens konsentrasjon og oppholdstid i kolonnen vil variere med det resultatet en ønsker å oppnå. I de foreliggende konsolideringsforsøk var målet liten reduksjon i permeabilitet og begrenset konsolidering.

Tabell 1. Behandling av sand med en QNC vannoppløsning: Ca<2+> og urea 0,75 mole/l + Jack Bean Meal urease 10g/l løst i vann og filtrert. Permeabilitet og sandfrie strømningsrater etter konsolidering. Der olje er tilstede, er bare den relative vann permeabiliteten gitt i tabellen.

Kolonnen, som ble brukt til konsolidering av sandpakkene, var 12,65 cm lange og 2,74 cm i diameter. Endringen i permeabilitet ble målt etter hver injeksjon, mens sandproduksjon ble målt ved slutten av hvert forsøk.

Konklusjon; Kalsitt prosessen.

Det går klart frem av tabell 1 at kalsitt bidrar til stabilisering av løs sand.

Kalsium fosfat og struvite prosessene

Kalsium fosfat som sand stabiliseringsmiddel er utprøvd grundig i laboratorieforsøk. En vannoppløsning som består av kalsium, polyfosfat og katalysatoren fosfatase vil langsom kunne felle ut relativt store mengder fast kalsium fosfat. Fire krystallformer av kalsium fosfat kan felle ut avhengig av eksperimentelle betingelser som pH, ionestyrke, tilsatsstoffer, osv:

• Hydroksyapatitt, HAP, Ca5(P04)3OH

• Dikalsium fosfat dihydrat, DCPD, CaHP04»2H20

• Trikalsium fosfat, p-TCP, Ca3(P04)2

• Oktakalsium fosfat, OCP, Ca8H2(P04)6»5H20

For eksempel OCP kan dannes ved reaksjon av de oppløselige kalsium saltene (f. eks. CaCI2 Ca(N03)2 og polyfosfater (f. eks. Na5P3Oi0 eller Na3P309).

Struvitt; MgNH4P04<*>6H20 er også utprøvd grundig i laboratorieforsøk, og metoden er svært lik metoden for utfelling kalsium fosfat. I skjemaet nedenfor benyttes MgCI2 eller Mg(N03)2 og NH4CI i oppløsning A.

Ellers er prosessene like.

Flere krystallformer av struvitt kan felle ut avhengig av de eksperimentelle betingelsene.

De utfelte krystallene av de tung løselige mineralene legger seg på sand/jord - korn i materialet som behandles, figur 1 og 3, og binder disse sammen til en konsolidert masse. Tabell 2. Startbetingelser, termodynamiske data og hastighetsdata for utfelling av struvitt med sur fosfatase(2,187g/l), pH =7,50, og med basisk fosfatase (0,167g/l), pH = 9,8 ved T=25°C. Tiden det tar før utfellingen starter, t, samtidig med den initiale utfellingshastigheten, R, er også gitt.

Av Tabell 2 kan en observere at utfellingshastigheten av struvite varierer betydelig med pH. Dette er rimelig ut fra likevektskonstanten for likning 4 fordi konsentrasjonen av P04<3>" er svært følsom for pH variasjoner.

Konklusjon; Kalsium fosfat og struvite prosessene.

Det går klart frem av tabell 2 at kalsium fosfat og struvitt bidrar til stabilisering av porøse media.

Foreliggende oppfinnelse bringer noe vesentlig nytt til stabilisering av sandformasjoner og jord samt ved permeabilitetsreduksjon for vann i underjordiske formasjoner, idet kombinasjonen av de trekk som inngår i oppfinnelsen muliggjør en effektiv stabilisering eller tetting med injisering av én løsning og et begrenset antall repetisjoner. I industriell sammenheng er fordelene knyttet til én løsning og få repetisjoner helt avgjørende for at metoden skal ha et kost/nytte forhold som er interessant.

Claims (18)

1. Fremgangsmåte ved stabilisering av sand, jord eller underjordiske formasjoner eller tetting av vannførende lag i underjordiske formasjoner gjennom mineralutfelling, karakterisert ved å injisere eller på annen måte tilføre en vandig løsning av salter som omfatter: a) Ca<2+> ioner av konsentrasjon 50 -1500 mM, b) anioner tilsatt som del av Ca-salt i konsentrasjon svarende til konsentrasjonen av Ca<2+> ionene, c) urea av konsentrasjon 50-1500 mM, d) Mg<2+> ioner av konsentrasjon 50 - 200 mM e) polyfosfat (Na5P3O10/Na3P309) av konsentrasjon 50- 100 mM f) en plantebasert urease katalysator samt en katalysator valgt blant sur eller basisk fosfatase.

2. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at den plantebaserte urease katalysator er fremstilt av et Jack Bean Meal råmateriale.

3. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1 eller 2, karakterisert ved at en gitt mengde Jack Bean Meal blir ekstrahert i et oppløsningsmiddel som omfatter vann eller er løselig i vann, hvoretter den faste rest filtreres fra mens løsningsmiddelekstraktet utgjør urease katalysatoren eller et konsentrat av denne.

4. Fremgangsmåte i samsvar med et av patentkravene 1 -3 for stabilisering av sand, karakterisert ved at injeksjonen gjentas 1-10 ganger for å oppnå ønsket stabilisering.

5. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 1-4 for stabilisering av sand, karakterisert ved at det benyttes en konsentrasjon av Ca<2+> i området fra 250 - 1000 mM og urease katalysator i en konsentrasjon oppnådd ved ekstraksjon av en mengde Jack Bean Meal råmateriale i området fra 2 - 20 gl liter av den løsning som blir injisert, og sur eller basis fosfatase i en konsentrasjon på inntil 3 g/liter

6. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 1-5 for stabilisering av sand, karakterisert ved at kalsiumionene tilføres i form av CaCI2 eller Ca(N03)2.

7. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 1-6 for stabilisering av sand, karakterisert ved at injeksjonen skjer ved en temperatur mellom 10 og 65 °C i avhengighet av temperaturen i formasjonen som skal stabiliseres og hvor raskt utfellingen av salt ønskes initiert.

8. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 1-7 for stabilisering av sand, karakterisert ved at injeksjonen skjer i form av bullheading, med eller uten bruk av en pakning for å posisjonere væsken.

9. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 1-8 for stabilisering av sand i oljeholdige og/ eller gassholdige formasjoner, karakterisert ved at hver injiserte løsning holdes hovedsakelig i ro ved tilførsel av et trykk som balansert formasjonstrykket i mellom 5 og 48 timer, fortrinnsvis mellom 12 og 20 timer, mens utfelling av salter finnes sted.

10. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene i samsvar med patentkrav 1-8, karakterisert ved at komponentene a) - e) tilberedes som en master batch med hvilke som helst valgte konsentrasjoner angitt i krav 1, idet komponent f) blir tilsatt straks før bruk.

11. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene i samsvar med patentkrav 1-10, karakterisert ved at temperaturen i formasjonen før injisering av løsningen av salter reduseres til 30-50 °C gjennom injisering av en vandig løsning.

12. Fremgangsmåte i samsvar med et av patentkravene 1 -3 fortetting av lekkasjer, karakterisert ved at det før injiseringen bores særskilte hull i området for lekkasjen gjennom hvilke injisering foretas.

13. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 1-3 eller 12 for tetting av lekkasjer, karakterisert ved at det benyttes en konsentrasjon av Ca<2+> i området fra 250 - 1000 mM urease katalysator i en konsentrasjon oppnådd ved ekstraksjon av en mengde Jack Bean Meal råmateriale i området fra 2 - 20 gl liter av den løsning som blir injisert.

14. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 1-3 eller 12-13 for tetting av lekkasjer, karakterisert ved at det injiseres 3-4 ganger eller inntil lekkasje ikke lenger anses å ha praktisk betydning.

15. Fremgangsmåte i samsvar med et hvilket som helst av patentkravene 1-3 eller 12-14 for tetting av lekkasjer, karakterisert ved at injeksjonsområdet mellom hver injeksjon settes under trykk slik at den injiserte væske står hovedsakelig i ro mens utfelling av salter finner sted.

16. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at magnesiumioner tilsettes i form av MgCI2 eller Mg(N03)2 som tilsettes jorden som overvann, fortrinnsvis gjennom ordinært utstyr for vanning.

17. Fremgangsmåte i samsvar med patentkrav 1, karakterisert ved at den sure eller basiske fosfatase katalysator er til stede i en mengde på inntil 3 g/liter i oppløsningen.

18. Stabiliseringsmiddel for sand, jord eller oljeholdige eller/ og gassholdige formasjoner samt middel for tetting av vannførende lag i underjordiske formasjoner gjennom mineralutfelling, karakterisert ved å omfatte: a) Ca<2+> ioner av konsentrasjon 50 -1500 mM, b) anioner tilsatt som del av Ca-salt i konsentrasjon svarende til konsentrasjonen av Ca<2+> ionene c) urea av konsentrasjon 50-1500 mM, d) Mg<2+> ioner av konsentrasjon 50 - 200 mM e) polyfosfat (Na5P3Oi0/Na3P30g) av konsentrasjon 50- 100 mM f) en plantebasert urease katalysator samt en sur eller basisk fosfatase katalysator.