NO326934B1 - Afron-holdige oljebaserte vaesker og fremgangsmate for a bore en bronn dermed - Google Patents

Description

Patentsøknaden er basert på en "continuation-in-part" US patentsøknad med løpenummer 08/800,727 inngitt 13. februar 1997, og P.C.T. internasjonal søknad nr. PCT/US98/02566 inngitt 10. februar 1998, for hvilke prioritet kreves heri.

Bakgrunn for oppfinnelsen

I samtidig verserende patentsøknad USSN 08/800,727 inngitt 13. februar 1997, og samtidig verserende PCT patentsøknad nr. PCT/US98/02566 inngitt 10. februar 1998, er det omhandlet vandige brønnborings- og servicefluider som fremviser en høy lav skjærhastighetsviskositet (i det følgende ofte benevnt som "LSRV") og som inneholder afroner (dvs. mikrobobler av en gass). De foretrukne fluider har afroner som genereres ved å suge inn luft som er i kontakt med fluidene og skape afronene pga. trykkfall og kavitasjon som opptrer når det strømmende fluid kommer utfra borkronen. Inerte gasser som nitrogen og karbondioksyd kan imidlertid innlemmes i fluidene snarere enn å basere seg på innblandet luft eller kan genereres in situ ved hjelp av reaktive komponenter som karbonater og syrer. Videre kan afronene genereres ved overflaten av brønnen og innlemmes i fluidet eller afronene kan skapes ved overflaten av fluidet.

Denne oppfinnelse vedrører afron-holdige brønnborings- og servicefluider hvori fluidene har en oljeaktig flytende kontinuerlig fase.

Horisontale brønner som bores og kompletteres i ukonsoliderte sand-reservoarer er nylig blitt muliggjort pga. ny teknologi og kompletteringsmetoder. Brønner av denne type krever sandkontroll, for eksempel så lenge som grus i åpent hull pakker seg sammen eller installasjonen av mekaniske sandutelukkelsesanordninger (slissede foringsrør, forhåndspakkede sikter, etc). Vellykkede brønner er blitt komplettert med horisontale metoder og frembringer intervaller så lange som 550 m eller mer ved bruk av disse metoder for sandkontroll.

Vanligvis bores brønnene med konvensjonelle boreslam til toppen av produksjonssonen og foringsrøret innsettes. Sementen blir så utboret til foringsrør-ledeskoen og ledeskoen testes. Boreslammet blir så fortrengt med et "borefluid med lavt skadepotensial" generelt bestående av polymerer, viskositetsøkende midler og partikler for oppbygging av en filterkake. Partiklene er vanligvis gradert salt (NaCI) eller gradert kalsiumkarbonat (CaC03). Disse forbindelser anvendes pga. at de er oppløselige i undermettede saltoppløsninger eller saltsyre.

Etter at det åpne hullintervall er blitt boret til total dybde blir anretningen for gruspakkingssikt eller sandutelukking anbrakt i det åpne hullintervallet. For å gjøre dette blir det nødvendig å sirkulere borefluidet fra det åpne hull slik at brønnen kan gruspakkes eller sandutelukkelsesanordningen kan testes. Fortrengning av borefluidet med en faststoff-fri kompletteringssaltoppøsning er nødvendig. Bekymring vedrørende den fysiske erosjon av filterkaken med kompletteringsfluidet er også bestandig et problem. Dvs. at filterkaken bør være bestandig og stabil nok til å tillate at kompletterings- eller annen operasjon kan foregå og beskytte borehullet under hele operasjonen.

Boring av mikrofrakturerte skifere, mikrofrakturerte og karbonat- og dolomittformasjoner med små hulrom krever et borefluid som vil forsegle disse formasjoner og forhindre tap av store mengder fluider til formasjonene.

Det ideelle borefluid eller fluid for boring i en produksjonssone ville mekanisk forsegle alle poreåpninger, mikrofrakturer og lignende som er eksponert til borehullet, forbli intakt under kompletteringsoperasjoner og deretter lett kunne fjernes ved produksjon av olje eller gass. Problemer oppstår ved å sammensette disse fluider eller slam pga. at produksjonssoner varierer i trykk, permeabilitet, porøsitet og formasjonskonfigurasjon. Det ville være ønskelig hvis fluider kunne utvikles som ville forhindre tap av dyre kompletteringsfluider til formasjonene og som effektivt ville beskytte den opprinnelige permeable formasjon under forskjellige kompletteringsoperasjoner som for eksempel gruspakking eller brønn-hulloverhalinger.

Oljeslam og invertemulsjoner (oljebaserte) borefluider har funnet anvendelse hvor bruken av vannbaserte fluider ville resultere i skade på formasjonen hvorigjennom boringen passerer. For eksempel er det kjent at visse typer av skifer vil svelle og kollapse hvis det anvendes vannbaserte borefluider. Ettersom oljebaserte borefluider ikke resulterer i noen svelling av skiferen ville deres anvendelse omgå svelleproblemet. Invertemulsjonsslam inneholder i prinsippet et oljeaktig medium, som for eksempel hydrokarbonvæske som den kontinuerligere fase, vann som den dispergerte fase, forskjellige emulgeringsmidler, fuktemidler, vektøkende midler og viskositetsøkende midler, som for eksempel amin-behandlede leirer.

Én av manglene ved oljebaserte slam er deres tendens til å fremme sirkulasjonstap under boring sammenlignet med vannbaserte slam med den samme densitet.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Det er nå funnet at oljebaserte fluider (slam) inneholdende afroner signifikant minsker sirkulasjonstap-problemer når de anvendes for å bore en brønn. Slike oljebaserte fluider omfatter en oljeaktig kontinuerlig fase, ett eller flere viskositetsøkende midler som gir en forhøyet lavskjærhastighetsviskositet LSRV til fluidet på minst 10.000 centipoise, ett eller flere afrongenererende overflateaktive midler, og afroner.

Det er således et formål for oppfinnelsen å innlemme afroner i oljebaserte brønnborings- og servicefluider for å forbedre disses ytelse.

Det er et ytterligere formål for oppfinnelsen å fremstille oljebaserte bore- og servicefluider med en lav skjærhastighetsviskositet LSRV på minst omtrent 10.000 centipoise og inneholdende afroner deri.

Det er ennå et ytterligere formål for oppfinnelsen å tilveiebringe en fremgangsmåte for boring av en brønn hvori det nye borefluid ifølge oppfinnelsen anvendes som det resirkulerbare borefluid.

Disse og andre formål for oppfinnelsen vil fremgå klart for en fagkyndig etter å ha lest den foreliggende fremstilling og patentkravene.

Foreliggende oppfinnelse omhandler brønnborings- og servicefluid, omfattende en oljeaktig væske som den kontinuerlige væskefase hvori det er innlemmet ett eller flere viskositetsøkende midler slik at fluidet har en lav skjærhastighetsviskositet (LSRV) som målt med et Brookfield-viskosimeter ved 0,5 rpm på minst 10.000 centipoise, minst ett afron-genererende overflateaktivt middel, og afroner.

Mens oppfinnelsen kan underkastes forskjellige modifikasjoner og alternative former skal spesifikke utførelsesformer derav i det følgende beskrives detaljert og vises som eksempel. Det skal imidlertid forstås at dette ikke skal begrense oppfinnelsen til de spesielle viste utførelsesf orme r, men i motsetning til dette er oppfinnelsen ment å dekke alle modifikasjoner og alternativer som faller innenfor ideen og rammen for oppfinnelsen som uttrykt i de etterfølgende patent-krav.

Blandingene kan omfatte, hovedsakelig bestå av eller bestå av de angitte materialer. Fremgangsmåten kan omfatte, hovedsakelig bestå av eller bestå av de angitte trekk med de angitte materialer.

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen

I sine bredeste aspekter er den foreliggende oppfinnelse rettet på innlemmelsen av afroner i oljebaserte brønnborings- og servicefluider (i det følgende enkelte ganger benevnt "OBWDAS"-fluider). Nevnte OBWDAS-fluid kan være et hvilket som helst slikt fluid kjent på området som dem som markedsføres av velkjente selskaper som Baroid ("INVERMUL", "PETROFREE", "ENVIROMUL", "BAROID" 100, etc); Baker Hughes ("CARBO-MUL", "CARBO-DRILL", "CARBO-TEC", "CARBO-FAST", "CARBO-CORE", "SYN-TEQ", etc); M-l ("NOVADRIL",

"NOVAPLUS", "NOVALITE", etc); Dowell Schlumberger ("ULTRADRILL", etc); og andre. I samsvar med denne oppfinnelsen blir LSRV av nevnte OBWDAS-fluid først økt til minst 10.000 cp, foretrukket minst 20.000 cp, og mest foretrukket minst omtrent 40.000 cp ved innlemmelse av et blandbart viskositetsøkende middel deri. Deretter blir et blandbart afrongenererende overflateaktivt middel innlemmet i fluidet og afroner generert deri.

OBWDAS-fluidene ifølge denne oppfinnelse omfatter en oljeaktig kontinuerlig fase, et viskositetsøkende middel oppløseliggjort eller dispergert deri for å øke LSRV av fluidet til minst 10.000 cp, fortrukket minst 20.000 cp, og mest foretrukket til minst 40.000 cp, et afrongenererende overflateaktivt middel, og afroner. Eventuelt kan OBWDAS-fluidene inneholde vann som en dispergert fase, forskjellige emulgeringsmidler, fuktemidler, vektøkende midler, filtreringstapkontrollmidler, vannoppløselige salter og lignende som kjent på området.

Den oljeaktige basisfase kan være en hvilken som helst organisk, vann-uoppløselig væske som kan gis økt viskositet i en ønsket grad. Eksempelvis oljeaktige væsker kjent på området inkluderer petroleumoljer eller fraksjoner derav, vegetabilske oljer, og forskjellige syntetiske organiske væsker som oligo-merer av umettede hydrokarboner, karboksylsyreestere, fosforsyreestere, etere, polyalkylenglykoler, diglymer, acetaler og lignende.

Den oljeaktige væske kan gis økt viskositet ved hjelp av forskjellige materialer som for eksempel organofile leirer, kolloidale pyrolytiske silikatyper, harpikser, polymerer, dimere syrer, fettaminsalter av anioniske polysakkarider, fettsyresalter av kationiske polysakkarider, olje-dispergerbare/oppløselige lateks-typeprodukter, og blandinger derav som er kjent på området.

De organofile leirer nyttige som viskositetsøkende midler for å øke LSRV av de oljeaktige fluider ifølge denne oppfinnelse er vel kjent på området. De omfatter reaksjonsprodukter eller organiske oniumforbindelser med naturlig forekommende eller syntetiske leirer. Leiredelen av de organofile leiregeldannende midler er krystallinske, komplekse uorganiske silikater, idet deres nøyaktige sammensetning ikke nøyaktig kan defineres ettersom de varierer sterkt fra en naturlig kilde til en annen. Disse leirer kan imidlertid beskrives som komplekse, uorganiske, silikater, som aluminiumsilikater og magnesiumsilikater, inneholdende, i tillegg til det komplekse silikatgitter, forskjellige mengder av kationutbyttbare ioner, som for eksempel kalsium, magnesium, og natrium. Hydrofile leirer som foretrekkes ved denne oppfinnelsen er de vannsvellende smektittleirer, som for eksempel montmorillonitt, hektoritt, saponitt og spesielt bentonittleire fra Wyoming som inneholder utbyttbare natriumioner. Attapulgittleire og sepiolittleire kan også anvendes som leiredelen av den organofile leire. Leirene kan anvendes i uren form som sådanne eller kan renses ved hjelp av sentrifugering av en vandig slurry av leiren.

De organiske oniumforbindelser som omsettes med smektittleirene er ønskelige syresalter av primære, sekundære og tertiære aminer, foretrukket kvaternære ammoniumforbindelser. Oniumforbindelsene bør inneholde minst ett alkyl-, alkylen- eller alkylidien-radikal med minst 10 karbonatomer, foretrukket omtrent 16 til 22 karbonatomer. Typiske kvaternære ammoniumforbindelser er dimetyldihydrogenert talgammoniumklorid, trimetylhydrogenert talgammoniumklorid, dimetylbenzyloktadecylammoniumklorid og metylbenzyldioktodecyl-ammoniumklorid. Et typisk syresalt av et amin er syresaltet av kokoamin. Andre organiske oniumforbindelser, som for eksempel organiske fosfoniumforbindelser, kan anvendes. Organisk modifiserte leirer og deres fremstilling er mer fullstendig omhandlet i en rekke ulike patentskrifter. US 2,531,427 omhandler en kationmodifisert leire, opprinnelig inneholdende en baseutbyttingskapasitet på 25. Videre beskriver US 2,531,812 et oljebasert borefluid inneholdende en modifisert leire opprinnelig inneholdende en baseutbyttingskapasitet på 25, hvor leirkationet har blitt erstattet av et substituert kation, og som videre danner en gel i oljefasen av fluidet. US 2,966,506 vedrører modifiserte leirkomplekser og en fremgangsmåte for fremstilling derav. Oppfinnelsen vedrører modifiserte leirkomplekser som er kompatible med organiske væsker i motsetning til en umodifisert leire som er dispergerbar i vann. US 3,929,849 angår nye kvaternære onium aluminosilikater, nærmere bestemt tetraalkyl fosfonium aluminosilikater, fremstilling derav, struktur og egenskaper. Mer spesielt beskrives tetraalkylfosfonium derivater av leire med lagdelt struktur som innehar høy ioneutbytterkapasitet. US 4,287,086 beskriver økning av viskositeten av væskeformige organiske systemer ved tilsetning av en organofil gel leire som er reaksjonsproduktet av en smektittleire med en kationutbytterkapasitet på minst 0,75 milliekvivalenter per gram. US 4,105,578 omfatter en organofil leire med økt dispergerbarhet i det organiske systemet som er fremstilt fra reaksjonsproduktet av en smektittleire med en kationutbytterkapasitet på minst 0,75 milliekvivalenter per gram.

De foretrukne organofile leirer for anvendelse i borefluidene ifølge den foreliggende oppfinnelse er dimetyldihydrogenert talg ammoniumbentonitt, dimetylbenzylhydrogenert talg ammoniumbentonitt, og metylbenzyl-dihydrogenert talgammoniumbentonitt.

Schumate et al. US patentskrift nr. 5,021,170, lærer at en sulfonert, etylen/propylen/5-fenyl-2-norbornenterpolymer (EPDM-polymer) og et organofilt leire-viskositetsøkende middel synergistisk øker viskositeten og suspensjonskarakteristikkene av invert-emulsjons-borefluider, særlig slike fluider som har et hydrokarbon med lavt aromatisk innhold som den oljeaktige flytende fase. EPDM-polymeren er generelt beskrevet i US patentskrift nr. 4,442,011.

I prinsippet har EPDM-polymerene fra omtrent 5 til omtrent 30 milliekvivalenter sulfonatgruppe pr. 100 gram av den sulfonerte polymer, hvori den sulfonerte gruppe er nøytralisert med et metallkation eller et amin eller ammonium-motion. EPDM-polymerene kan ha fra omtrent 0,5 til omtrent 20 vekt-% fenyl-norbornen, eller foretrukket fra omtrent 1 til omtrent 10%, mest foretrukket fra omtrent 2 til omtrent 8% norborneninnhold. De foretrukne polymerer inneholder omtrent 10 til omtrent 80 vekt-% etylen og fra omtrent 1 til omtrent 10 vekt-% 5-fenyl-2-norbomenmonomer, idet resten av polymeren er propylen. Foretrukket inneholder polymeren fra omtrent 30 til omtrent 70 vekt-% etylen, for eksempel 50 vekt-%, og fra 2 til omtrent 8% fenyl-2-norbornenmonomer, for eksempel 5,0 vekt-%<.>

En typisk etylen/propylen/5-fenyl-2-norbornenterpolymer har en Mooney-viskositet (ML, 1+8,100°C) på omtrent 16 og har et etyleninnhold på omtrent 50 vekt-% og et 5-fenyl-2-norborneninnhold på omtrent 5 vekt-%.

Terpolymerene har en antallsmidlere molekylvekt (Mn), som målt ved hjelp av gel permeasjonskromatografi (GPC), på fra omtrent 5.000 til omtrent 300.000, mer foretrukket fra omtrent 10.000 til omtrent 80.000. Mooney-viskositeten av terpolymeren er fra omtrent 5 til omtrent 90, mer foretrukket fra omtrent 10 til omtrent 80, mest foretrukket fra omtrent 15 til omtrent 50.

Det geldannende middel bestående av terpolymeren og leiren vil generelt være tilstede i borefluidet i en mengde på fra omtrent 1,42 g/l til omtrent 28,5 g/l fluid.

Oehler et al. US patentskrift 4,816,551 viser at visse amidharpikser gir mer skjærkraftreduserende fluider med forbedret tiksotropi i fluider inneholdende et organofil leire-viskositetsøkende middel, særlig i mineralolje med lav viskositet. Amidharpiksene er reaksjonsproduktene av en tobasisk dimerisert eller trimerisert fettsyre, et dialkanolamin og et dialkylenpolyamin.

Tobasiske syrer kan være de dimeriserte fettsyrer, kommersielle produkter fremstilt ved dimerisasjon av umettede fettsyrer inneholdende minst 8, foretrukket fra omtrent 10 eller mer til omtrent 18 karbonatomer, inklusive 9-dodekano(cis)-, 9-tetradodekano(cis)-, 9-oktadekano(cis)-, oktadekatetrasyrer, og lignende. Det typiske molekyl ville inneholde to karboksylgrupper og omtrent 36 karbonatomer i en forgrenet kjedekonfigurasjon. Den tobasiske trimeriserte fettsyre kan anvendes, som også er et kommersielt materiale og fremstilles på lignende måte, inneholdende omtrent 54 karbonatomer, hvis minst én av karboksylgruppene er blokkert eller gjort inaktiv ved å være i form av en estergruppe, et salt eller lignende, dvs. den trimeriserte fettsyre som anvendt i denne oppfinnelse er en tobasisk syre. Blandinger av dimeriserte syrer og trimeriserte syrer kan anvendes.

Dialkanolaminene inkluderer hydroksyalkylaminer, for eksempel materialer hvori alkanolgruppene inneholder 1 til 6 karbonatomer, foretrukket 2 til 4 karbonatomer; inklusive for eksempel dietanolamin, di-n-propanolamin, di-iso-propanolamin, dibutanolamin, dipentanolamin, diheksanolamin, og lignende, og kombinasjoner derav. Foretrukket er dietanolamin og dipropanolamin. Alkylhydroksyalkyl-aminer som inkluderer etylhydroksyetylamin, propylhydroksyetylamin, butyl-hydroksy-propylamin, og lignende kan også anvendes.

Polyalkylenpolyaminene inkluderer materialer hvori alkylengruppene inneholder 1 til 6 karbonatomer, foretrukket 2 til 4 karbonatomer: "poly" refererer til et helt tall fra omtrent 2 til 20, og minst 3 nitrogenatomer. Disse materialer kan representeres ved den generelle formel

hvori R' er en alkylengruppe inneholdende 1 til 6 karbonatomer, R"" er hydrogen eller en alkylgruppe inneholdende 1 til 6 karbonatomer, og x er et helt tall fra 1 til 20. Typiske brukbare materialer inkluderer dietylentriamin, trietylentetraamin, tetrametylenpentaamin, polyamin HH, polyamin HPA, og lignende. Foretrukket er dietylentriamin og trietylentetraamin.

Produktene kan representeres ved den generelle formel

hvori R er en alkylengruppe inneholdende 20, fortrukket omtrent 30 til 54 karbonatomer; R' er en alkylengruppe inneholdende 1 til 6 karbonatomer, R" er en alkylengruppe inneholdende 1 til 6 karbonatomer, R'" er en alkylengruppe inneholdende 1 til 6 karbonatomer, R"" er en direkte bro, kovalent binding, mellom N og Y eller er hydrogen eller et alkylradikal inneholdende 1 til 6 karbonatomer, Y er hydrogen eller hydroksy, og x er et helt tall fra 1 til 20.

Cooperman et al. US patentskrift nr. 5,710,110 lærer at 0,01 til omtrent 5 vekt-% av visse amintilsetningsstoff-reaksjonsprodukter i kombinasjon med ett eller flere reologisk aktive leirebaserte materialer gir forbedrede anti-avsetningsegenskaper for både olje- og invertolje-emulsjonsbaserte borefluider. Slike reologisk aktive leirebaserte materialer inkluderer organoleirer, smektitt-typeleirer inklusive Wyoming bentonitt, foredlet natrium- og kalsiumbentonitt og hektoritt, og attapulgittleire. Organoleirer og fremgangsmåte for fremstilling av dem er beskrevet for eksempel i US patentskrift 5,075,033, 5,130,028 og 5,151,155. Leirer av smektitt-type er kation-utbyttbare leirer beskrevet grundig og med kjemiske formler i US patentskrift nr. 5,350,562. Bentonitt, en særlig brukbar leire for denne oppfinnelse, er grundig beskrevet i Carr. Industrial Minerals and Rocks., 6. utgave (1994) i et kapittel benevnt "Bentonite", forfattet av doktorene Elzea og Murray på Indiana University. Attapulgittleirer er velkjente naturlige leirer som har kationbytterkapasitet, men i en lavere grad enn smektitt-typeleirer som for eksempel bentonitt og hektoritt.

Amintilsetningsstoff-reaksjonsproduktene omfatter ett eller flere reaksjonsprodukter av én eller flere polyalkoksylerte alifatiske aminoforbindelser med en kjemisk struktur representert ved den følgende formel:

hvori Ri er en rettkjedet alkylgruppe avledet fra fettkilder med 12 til 18 karbonatomer, R er valgt fra gruppen bestående av hydrogen, metyl og etyl, begge x og y er minst 1, og summen av x+y er fra 2 til 15, og én eller flere organiske forbindelser valgt fra gruppen bestående av maleinsyreanhydrid, ftalsyreanhydrid og blandinger derav.

En økning i anti-avsetningsegenskaper oppnås fra denne blandings-kombinasjonen med brede forhold mellom aminer og reologisk aktiv leire. Alternative fremstillingsmåter for et borefluid ifølge denne oppfinnelse er å tilsette slikt kationutbyttbart leirebasert materiale til borefluidet separat fra de ovennevnte aminreaksjonsprodukter, og tilsette amintilsetningsstoffet til borefluidet når fluidet anvendes for å bore gjennom domener inneholdende reologisk aktive leirer, og å tilsette aminet alene hvis borefluidet allerede inneholder slike leirebaserte materialer.

Eksempelvise polymerer brukbare som viskositetsøkende midler i fluidet ifølge denne oppfinnelse er angitt i de følgende referanser.

Peifferet al. US Statutory Invention Registration No. H837 lærer bruken av et vannuoppløselig, hydrokarbonoppløselig polymert kompleks dannet fra en sulfonert (anionisk) polymer og en vannuoppløselig vinylpyridin (kationisk) polymer som et viskositetsøkende middel for oljebaserte boreslam.

Peiffer et al., US patentskrift nr. 4,978,461 lærer bruken av en termoplastisk terpolymer av p-metylstyren/metallnøytralisert styren sulfonat/styren som viskositetsøkende midler for oljebaserte boreslam.

Patel et al. US patentskrift nr. 4,740,319 lærer bruken av latekser omfattende en polymer, som er reaksjonsproduktet av en første monomer valgt fra gruppen bestående av styren, butadien, isopren, og blandinger derav og en andre funksjonell monomer som inneholder et radikal valgt fra gruppen bestående av amid, amin, sulfonat, karboksylsyre, dikarboksylsyre, og kombinasjoner derav, forutsatt at minst én av de funksjonelle monomerer er et nitrogenholdig materiale valgt fra gruppen bestående av amider og aminer.

Turner et al. US patentskrift nr. 4,425,461 viser bruken av en blanding av en vannuoppløselig nøytralisert sulfonert termoplastisk polymer og en vannuoppløselig nøytralisert sulfonert elastomer polymer som viskositetsøkende midler for oljebaserte boreslam.

Kommersielt tilgjengelige polymerer inkluderer "HYBILD" 201 (BP Chemicals), "HYVIS" (Unocal), og andre.

Det afrongenererende overflateaktive middel for bruk i fluidene ifølge denne oppfinnelse må være blandbart med basisvæsken og det viskositetsøkende middel deri slik at LSRV av fluidet kan opprettholdes. Det overflateaktive middel kan også ha ett eller flere stabiliseringsmidler innlemmet deri, som alkylalkoholer, fettalkanolamider, og alkylbetainer. Generelt vil alkylkjeden inneholde fra omtrent 10 til omtrent 18 karbonatomer. Det afrongenererende overflateaktive middel kan være anionisk, ikke-ionisk eller kationisk avhengig av blandbarheten med det viskositetsøkende middel.

De fluor-overflateaktive midler inkluderer, men er ikke begrenset til (i) fluorerte telomerer, (ii) amfotære fluoroverflateaktive midler, (iii) polyfluorert amin-oksyd, (iv) fluoralkyletyltiopolyakrylamider, (v) perfluoralkyletyltiopolyakrylamider, (vi) derivater av 1-propanaminium, 2-hydroksy-N,N,N-trimetyl-3-gamma-omega-perfluor-(C6-C2o-alkyl)tio, klorid, (vii) fluoralkylnatriumsulfonat, og (viii) natrium-salter av 1-propansulfonsyre, 2-metyl-, 2-{[1-okso-3[gamma,-omega,-perfluor-Ci6-C26-alkyl)tio}propyl}amino}derivat.

Et særlig foretrukket fluoroverflateaktivt middel er en blanding av fluoralifatiske polymere estere som selges av 3M Company under handelsnavnet "FLUORAD" FC 740.

D'Arrigo US patentskrift nr. 4,684,479 lærer overflateaktive middelblandinger omfattende (a) et medlem valgt fra gruppen bestående av glyserolmonoestere av mettede karboksylsyrer inneholdende fra omtrent 10 til omtrent 18 karbonatomer og alifatiske alkoholer inneholdende fra omtrent 10 til omtrent 18 karbonatomer; (b) en sterol-aromatisk syreester; (c) et medlem valgt fra gruppen bestående av steroler, terpener, gallesyrer og alkalimetallsalter av gallesyrer; (d) et medlem valgt fra gruppen bestående av sterolestere av alifatiske syrer inneholdende fra 1 til omtrent 18 karbonatomer; sterolestere av sukkersyrer; estere av sukkersyrer og alifatiske alkoholer inneholdende fra omtrent 10 til omtrent 18 karbonatomer; estere av sukkerarter og alifatiske syrer inneholdende fra omtrent 10 til omtrent 18 karbonatomer; sukkersyrer; saponiner; og sapogeniner; og (e) et medlem valgt fra gruppen bestående av glyserol, glyserol di- eller triestere av alifatiske syrer inneholdende fra omtrent 10 til omtrent 18 karbonatomer; og alifatiske alkoholer inneholdende fra omtrent 10 til omtrent 18 karbonatomer; idet de nevnte komponenter er tilstede i blandingen i et vektforhold a:b:c:d:e på 2-4:0,5-1,5:0,5-1,5:0-1,5:0-1,5.

Innlemmelsen av afroner i vannbaserte brønnborings- og servicefluider er omhandlet i den samtidige verserende US patentsøknad USSN 08/800,727 inngitt 13. februar 1997, og PCT internasjonal søknad nr. PCT/US98/02566 inngitt 10. februar 1998.

Som indikert er den foreliggende oppfinnelse i sine bredeste aspekter rettet på innlemmelsen av afroner i oljebaserte brønnborings- og servicefluider. Basis-fluidet kan være et kjent fluid på området som eksemplifisert ved patentskriftene og fluidene anført i det foregående, eller det kan være et nyfremstilt fluid med de ønskede egenskaper. Stabile afronholdige spottingfluider (frigjøringsfluider) oppnås ved å øke den lave skjærhastighetsviskositet (LSRV) av fluidet til minst 10.000 centipoise, foretrukket minst 20.000 centipoise, og mest foretrukket til minst 40.000 centipoise. Ettersom stabiliteten av afronene forbedres ettersom LSRV øker kan en LSRV på flere hundre tusen være ønskelig. Det er funnet at de viskositetsøkende midler som gir den forhøyede LSRV som kreves ved den foreliggende oppfinnelse har den unike egenskap at de forsinker koalesensen av afronene i ekstremt lange tidsperioder.

Afronene oppnås ved å innlemme (1) et afron-genererende overflateaktivt middel i fluidet og deretter generere afronene i fluidet eller (2) å generere afronene i en væske som er blandbar med fluidet og blande det afronholdige fluid med fluidet.

Boken til Felix Sebba med tittel "Foams and Biliquid Foams - Aphrons", John Wiley & Sons, 1987, innlemmet heri som referanse, er en utmerket kilde vedrørende fremstillingen og egenskapene av afroner, dvs. mikrobobler, i vandige systemer. En afron utgjøres av en kjerne som ofte er kuleformet av en intern fase, vanlig gass, innkapslet i et tynt skall. Dette skall inneholder overflateaktive middelmolekyler plassert slik at de frembringer en effektiv barriere mot koalesens med tilstøtende afroner.

Afronene kan genereres ved hjelp av midler som er kjente på området. I tillegg til metodene som omhandlet av Felix Sebba i hans bok nevnt i det foregående, er metoder omhandlet i Michelsen et al. US patentskrift 5,314,644, Yoon et al. US patentskrift nr. 5,397,001, Kolaini US patentskrift nr. 5,783,118, Wheatley et al. US patentskrift nr. 5,352,436 og US patentskrifter nr. 4,162,970; 4,112,025; 4,717,515; 4,304,740; og 3,671,022.

Afroner vil frembringes ved trykkfallet og kavitasjonen når fluidet pumpes gjennom borkronen.

Gassen anvendt for å skape afronene kan være en hvilken som helst gass som ikke er særlig oppløselig i den oljeaktige fase av fluidet. Gassen kan således være luft, nitrogen, karbondioksyd, og lignende, inklusive luft innkapslet i fluidet under blandingen.

Intet i teknikkens stand lærer bruken av afroner (eller mikrobobler) i systemer under forhøyede trykk som ved den foreliggende anvendelse. Det er vel kjent at det hydrostatiske trykk av fluidet i et borehull øker ettersom dybden øker. Selv om størrelsen av mikroboblene komprimeres er således den forhøyede LSRV antatt å hindre afronene fra å koalesere. I denne forbindelse kan afronene ha en større størrelse ved overflaten av brønnen, så lenge som de er enkeltbobler, ettersom de vil minske i størrelse til afronstørrelsesområdet på mindre enn omtrent 100 mikrometer når de pumpes ned gjennom borehullet.

Fluidet kan inneholde mer enn én væske som for eksempel en væske dispergert eller emulgert inn i den oljeaktige basisvæske hvori den er forholdsvis uoppløselig, som for eksempel vann-i-olje-dispersjoner eller emulsjoner, og lignende, hvor "vann"-fasen er en vandig væske eller vannoppløselig væske og hvor "olje"-fasen er en vannuoppløselig væske.

Den vandige væske kan være ferskvann, sjøvann eller en saltoppløsning inneholdende oppløselige salter som foreksempel natriumklorid, kaliumklorid, kalsiumklorid, magnesiumklorid, natriumbromid, kaliumbromid, kalsiumbromid, sinkbromid, natriumformiat, kaliumformiat, cesiumformiat og blandinger derav. Saltoppløsningen kan inneholde ett eller flere oppløselige salter i en hvilken som helst ønsket konsentrasjon opp til metning. Overmettede saltoppløsninger kan faktisk anvendes hvor et faststoff f ritt fluid ikke er ønsket eller nødvendig.

Konsentrasjonen av afrongenererende overflateaktivt middel eller over-flateaktiv middelblanding som kreves er generelt fra 2,85 g/l ca. omtrent 57 g/l, foretrukket fra omtrent 2,85 g/l til omrent 42,7 g/l. En indikasjon på volumet av afroner som genereres kan oppnås ved å bestemme densitetsreduksjonen som opptrer etter generering av afronene i fluidet. Oppskumming av fluidet, som er uønsket, kan opptre hvis konsentrasjonen av afrongenererende overflateaktivt middel er for stor. Det er bestemt at konsentrasjonen av overflateaktivt middel kan økes uten noen skadelig virkning på fluidet, når LSRV øker. Konsentrasjonen av afron-genererende overflateaktivt middel, som kan bestemmes ved hjelp av rutinetesting, er således den mengde som er nødvendig for å generere til-strekkelige afroner til å gi den ønskede reduksjon av densiteten, men som foretrukket er utilstrekkelig til å skape et langvarig skum på overflaten av fluidet.

Konsentrasjonen av afroner i fluidet er foretrukket fra omtrent 5 volum-% til omtrent 20 volum-%, mest foretrukket fra omtrent 5 volum-% til omtrent 15 volum-

Densiteten av fluidene kan, om nødvendig, reguleres ved tilsetning av vektøkende materialer eller tilsetning av oppløselige salter til fluidene som vel kjent på området. Foretrukket tilsettes det vektøkende materialet til fluidet før generering eller innlemmelse av afroner deri, slik at den endelige densitet av det afronholdige fluid til den ønskede densitet innstilles ved konsentrasjonen av afronene deri.

Som indikert bør konsentrasjonen av afroner i fluidet være mindre enn omtrent 20 volum-% ved atmosfæretrykk. Ved sirkulasjon av fluidet i borehullet antas imidlertid volumet av afroner å minske ettersom det hydrostatiske trykk av fluidet øker. Afronene kan faktisk komprimeres i størrelse til omtrent ikke noe volum avhengig av dybden av borehullet. Den målte densitet under trykk bør være meget nær densiteten av fluidet uten noen afroner. Afronene forsvinner imidlertid ikke. De er fremdeles tilstede, og ytterligere afroner vil bli generert ved overflaten av borkronen pga. trykkfallet og kavitasjonen. Afronene er ytterst små, har meget høyt overflateareal og er høyt energisert.

Så snart som fluidet passerer ut fra borkronen og begynner å bevege seg tilbake opp gjennom det ringformede rom begynner noe trykkfall å forekomme og afronene vil begynne å ekspandere. Ettersom fluidet beveger seg opp gjennom borehullet og det møter et tap til formasjonen filtreres afronene inn i pore-åpningene, mikrofrakturene eller andre typer av tapssone. Disse tapssoner er områder hvor trykkfall opptrer. Afronene i disse tapssoner vil da ekspandere og aggregere og følgelig forsegle tapssonene. Uttrykket "volum-% afroner" i disse mikroomgivelser er høyt variabelt og vil avhenge av det spesifikke trykk og trykkfall i tapssonene. Det antas så at mikroomgivelsesdensiteten er fullstendig forskjellig fra densiteten av fluidet i borehullet.

Densitetsreduksjonen ved atmosfæretrykk som opptrer ved medrivning av opptil 20 volum-% av en gass i fluidene ifølge oppfinnelsen er tilstrekkelig til å tilveiebringe den mengde afroner som trengs i borehullet mens fluidet tillates å være resirkulerbart uten å bevirke pumpeproblemer.

Ytterligere kan fluidet inneholde andre funksjonelle materialer kjent på området som for eksempel emulgeringsmidler, fuktemidler og lignende.

Uten å være begrenset derved er det antatt at afronene tilstede i fluidet effektivt forsegler formasjonen under borings- eller brønnserviceoperasjoner slik at for stort tap av fluid til formasjonene som bores eller underkastes service-operasjoner forhindres.

Fluidene ifølge denne oppfinnelse kan anvendes i konvensjonelle borings-og brønnserviceoperasjoner som gjennomført på dette området. Ved boring av en olje og/eller gassbrønn sirkuleres således fluidet fra overflaten ned gjennom borestrengen, rørledningene eller lignende gjennom borkronen og opp gjennom det ringformede rom mellom borestrengen og sidene av borehullet tilbake til overflaten. Afronene i fluidet forsegler borehulloverflaten og forhindrer tap av for store mengder av fluid til de formasjoner som bores.

Det er foretrukket at det afron-holdige fluid ifølge den foreliggende oppfinnelse anvendes i en boreprosess hvori borkronen er en kaviterende væskejet-assistert borkrone. Eksempelvise kaviterende væskejet-assisterte borkroner er . angitt i Johnson, Jr. et al. US patentskrift nr. 4,262,757 og Johnson, Jr. et al. US patentskrift nr. 4,391,339. Foretrukket inkluderer den kaviterende jetdyse i den kaviterende væskejet-assisterte drillkrone en nål opptatt i en sentral posisjon som senker trykket av det trykksatte fluid slik at kavitasjonsbobler dannes i fluidet. Se for eksempel Henshaw US patentskrift 5,086,974 og Henshaw US patentskrift 5,217,163.

Tilsvarende kan fluidene ifølge oppfinnelsen anvendes i brønnservice-operasjoner som for eksempel kompletteringsoperasjoner, vedlikeholdsopera-sjoner, sandkontrolloperasjoner, frakturpakkingsoperasjoner og lignende. Fluidene kan anvendes som spottingfluider (injiserte frigjøringsfluider) for å frigjøre rør og verktøy som har satt seg fast i filterkaken på sidene av et borehull pga. trykk-differensial-fastklebing.

De følgende eksempler gis for å demonstrere oppfinnelsen, men skal ikke oppfattes som begrensende for oppfinnelsens ramme. De afrongenererende overflateaktive midler som evalueres er som følger: "STEOL" CS-460, natriumlauretsulfat som er 60% aktivt; og "FLUORAD" FC-740, en blanding av fluorerte alifatiske polymere estere. Forkortelser anvendt i tabellen eller denne fremstillingen er som følger: cp = centipoise; g = gram; fat =159 liter; g/l = gram per liter; kg/cm<2> = kilogram per cm<2>; rpm = omdreininger per minutt; STI = skjær-kraftfortynningsindeks som er forholdet mellom 0,5 rpm Brookfield-viskositet og 100 rpm Brookfield-viskositet, som er et mål på graden av skjærkraftfortynning av et fluid; vol. = volum; LSRV = lav skjærhastighetsviskositet målt på et Brookfield-viskosimeter ved 0,5 rpm.

Eksempel 1

8,0 g "CARBO-GEL" organofil hektoritt ble dispergert i 300 g (1 fatekvivalent) dieselolje med 1 g propylenkarbonat-dispergeringsmiddel for å danne en viskøs slurry. 2,0 g "STEOL" CS-460 overflateaktivt middel ble tilsatt under omrøring i en høy hastighets (skjærkraft) blander. Afroner ble innlemmet i det viskøse fluid fra virvelen i blanderen.

Eksempel 2

Eksempel 1 ble gjentatt bortsett fra at det ble anvendt 11,0 g "CARBO-GEL".

Fluidene i eksemplene 1-2 ble bedømt på Brookfield-viskositet ved 0,5 rpm, som er et mål på LSRV, og Brookfield-viskositeten ved 100 rpm. Forholdet mellom 0,5 rpm viskositet og 100 rpm viskositet er et mål på skjærkraft fortynnings-karakteristikkene for fluidene. Densiteten av fluidene ble også målt og anvendt for å beregne konsentrasjonen av afroner i fluidene ved bruk av ligningen:

De oppnådde data er angitt i tabell A.

Eksempel 3

Én fatekvivalent (350 cm<3>) av et 1483 g/l invertolje-emulsjonsborefluid med et 80/20 dieselolje/vannforhold og inneholdende 15,7 g/l "CARBO-GEL", 2,85 g/l propylenkarbonat, 14,25 g/l "CARBO-TEC" L, 22,8 g/l "CARBO-MUL", 8,55 g/l kalk, og 653 g/l baritt, hvori den vandige interne fase er en 30% vekt-% kalsium-kloridoppløsning, ble anbrakt i en Osterizer laboratorieblander med høy skjærkraft og blandet i 5 minutter etter tilsetning av 5,7 g/l "FLUORAD" FC-740 fluorkarbon-overflateaktivt middel (ikke-ioniske fluoralifatiske polymere estere) dertil. Densitet og Brookfield-viskositet ble så målt. Dette fluid, som inneholdt omtrent 9,7% afroner, ble så ført gjennom en APV "Gaulin"-homogenisator ved 70,3 kg/cm<2> og densiteten og viskositetene ble på nytt bestemt.

De oppnådde data er angitt i tabell B.

Eksempel 4

8,0 g "CARBO-GEL" organoleire-viskositetsøkende middel ble dispergert i 295 g (1 fatekvivalent) av "MENTOR" 28 mineralolje med 1 g propylenkarbonat til å danne en viskøs slurry. 1 g "CARBO-SIL" TS-720 hydrofob silika etterfulgt av 1 g "STEOL" CS-460 ble tilsatt og deretter 0,55 g "FLUORAD" FC-740 fluorert overflateaktivt middel. Dette fluid ble bedømt som i det foregående. Dataene er angitt i tabell C.

Eksempel 5

Brønner bores i den velkjente rotasjonsboreprosess hvori et borefluid med sammensetningen av fluidene angitt i eksempel 1, eksempel 2, eksempel 3 og eksempel 4 kontinuerlig resirkuleres i borehullet. Afronene i fluidene forsegler de porøse og mikrofrakturerte formasjoner som er i kontakt med fluidet og forhindrer et for stort tap av fluid inn i formasjonene. Deretter anvendes fluidene for å gjennomføre brønnserviceoperasjoner i brønnene.

Claims (14)

1. Brønnborings- og servicefluid, karakterisert ved at det omfatter en oljeaktig væske som den kontinuerlige væskefase hvori det er innlemmet ett eller flere viskositetsøkende midler slik at fluidet har en lav skjærhastighetsviskositet (LSRV) som målt med et Brookfield-viskosimeter ved 0,5 rpm på minst 10.000 centipoise, minst ett afron-genererende overflateaktivt middel, og afroner.

2. Brønnborings- og servicefluid ifølge krav 1, karakterisert ved at fluidet er resirkulerbart.

3. Fluid ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder en diskontinuerlig vandig fase.

4. Fluid ifølge krav 1, karakterisert ved at det inneholder fra omtrent 5 volum-% til omtrent 20 volum-% afroner.

5. Fluid ifølge krav 2, karakterisert ved at det inneholder en diskontinuerlig vandig fase.

6. Fluid ifølge krav 2, karakterisert ved at det inneholder fra omtrent 5 volum-% til omtrent 20 volum-% afroner.

7. Fluid ifølge kravene 1, 2, 3, 4, 5 eller 6, karakterisert ved at den lave skjærhastighetsviskositet er minst omtrent 20.000 centipoise.

8. Fluid ifølge kravene 1, 2, 3, 4, 5 eller 6, karakterisert ved at den lave skjærhastighetsviskositet er minst omtent 40.000 centipoise.

9. Fremgangsmåte for boring av en brønn, karakterisert ved at det i borehullet sirkuleres fluidet ifølge krav 1, 2, 3, 4, 5 eller 6.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at fluidet har en lav skjærhastighetsviskositet på minst omtrent 20.000 centipoise.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at fluidet har en lav skjærhastighetsviskositet på minst omtrent 40.000 centipoise.

12. Fremgangsmåte for gjennomføring av brønnserviceoperasjoner i et borehull, karakterisert ved at det som borehullfluid anvendes fluidet ifølge krav 1,2,3,4,5 eller 6.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at fluidet har en lav skjærhastighetsviskositet på minst omtrent 20.000 centipoise.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at fluidet har en lav skjærhastighetsviskositet på minst omtrent 40.000 centipoise.