NO329904B1

NO329904B1 - Borefluid og vedlikeholdsfluid, fremgangsmate for deres fremstilling samt deres anvendelse

Info

Publication number: NO329904B1
Application number: NO20003972A
Authority: NO
Inventors: James W Dobson Jr; Kim O Tresco; Jeffrey S Lay
Original assignee: Texas United Chemical Co Llc
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2011-01-24
Also published as: DE60018857T2; DK1074598T3; CA2314806C; CA2314806A1; US6300286B1; ID26742A; EP1074598B1; NO20003972D0; AR025027A1; US6391830B1; AU771831B2; BR0012955B1; NO20003972L; AU4894800A; WO2001010976A1; EP1074598A1; DE60018857D1; BR0012955A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører leirefrie, polymerfrie vandige brønn-boringsfluider og vedlikeholdsfluider, en fremgangsmåte for deres fremstilling og en fremgangsmåte for å bore eller komplettere en brønn dermed.

Anvendelsen av fluider for å gjennomføre forskjellige operasjoner i borehull i underjordiske olje- og gassbrønner som står i forbindelse med en produksjonsformasjon er vel kjent. Således benyttes innboringsfluider når man først borer inn i produksjonsformasjoner. KompletteringBfluider anvendes når man utfører forskjellige kompletteringsoperasjoner i produk-sjonsformas jonene . Overhalingsfluider anvendes når man utfører over-halingsoperasjoner i tidligere kompletterte brønner.

En av de viktigste funksjoner til disse fluider er å tette borehullets flate slik at fluidene ikke tapes til formasjonen. Dette gjennomføres ideelt sett ved å avsette en filterkake av faststoffene i fluidet over borehullets flate uten tap av faststoffer til formasjonen. Med andre ord vil faststoffene i fluidet tette over formasjonsporene i stedet for permanent å plugge porene. Dette er særlig kritisk ved gjennomføring av horisontale boreoperasjoner i hydrokarboninneholdende formasjoner.

En rekke leirefrie fluider er blitt foreslått til å stå i forbindelse med produksjonssonen i olje- og gassbrønner. Se for eksempel de etterfølgende US patenter: Jackson et al. 3 785 438, Alexander 3 872 018, Fischer et al. 3 882 029, Walker 3 956 141, Smithey 3 986 964, Jackson et al.4003 838, Mondshine 4 175 042, Mondshine 4 186 803, Mondshine 4 369 843, Mondshine

4 620 596, Dobson, Jr. et al. 4 822 500 og Johnson 5 504 062.

Disse fluider inneholder generelt polymere viskositetsøkere slik som visse polysakkarider eller polysakkaridderivater, polymere tilsetningsstoffer mot filtreringstap slik som lignosulfonater, polysakkarider eller polysakkaridderivater, og selvtettingsfaststoffer ("bridging solids"). Som omtalt i Dobson, Jr. et al. US patent nr. 4 822 500, vil en xantanbio-polymer og et epiklorhydrin-tverrbundet hydroksypropylstivelse-tilsetningsstoff mot filtreringstap interagere synergistisk for å tilveiebringe suspensjonskontroll og kontrol av filtreringstap i noen av disse fluider.

Magnesiumoksyd er blitt omtalt for anvendelse i forskjellige polysakkarid-holdige fluider for å øke den termiske stabilitet derav. Se for eksempel de etterfølgende US patenter: Jackson 3 852 2 01, Jackson 3 953 335, Hartfield 3 988 246, Jackson4025443 ogDobson, Jr.5514644.

Det er vel kjent at visse biopolymerholdige fluider er skjærtynnende, og utviser en høy viskositet ved lav skjaerhastighet og en lav viskositet ved høy skjaerhastighet. En viskositet ved nesten null skjaerhastighet (0,06 til 0,11 sek"<1>) tilveiebringer en numerisk verdi som er relatert til et fluids evne til å suspendere partikler eller borekaks under statiske betingelser. Omvendt, relaterer viskositet målt ved skjærhastigheter over 20 sek"<1>til et fluids hullrensekapasitet under ringroms-strømnings-betingelser.

Det er kjent å anvende tykke saltlaker som den vandige basisvæske for høy-densitetsborefluider og vedlikeholdsfluider. Slike fluider inneholder en minimal konsentrasjon av oppløselige selvtettingsfaststoffer og viskositetsøkende polymertilsetningsstoffer. De mest kommersielt tilgjengelige tykke saltlaker inneholder kalsiumklorid, kalsiumbromid og sinkbromid. Anvendelse av disse saltlaker er imidlertid blitt begrenset. Vannoppløse-lige polymerer anvendt for viskositets- og filtreringskontroll opptrer generelt ikke bra i kalsiumbromid og sinkbromid-saltlaker. Eksempler på bruk av tykke saltlaker for anvendelse i brønnborings- og vedlikeholdsfluider er som følger: Swartwout et al. US patent nr. 5 612 293, Dobson, Jr. et al. US patent nr. 5 616 541, Dobson, Jr. et al. US patent nr. 5 72 8 652, Dobson, Jr. et al. US patent nr. 5 72 8 654, Vollmer et al. US patent nr. 5 785 747 og Dobson, Jr. et al. US patent nr. 5 804 535.

Opprensing av filterkake-avsettinger på sidene i borehullet er en kritisk del av kompletteringsprosessen for å sikre maksimal produktivitet fra et borehull. Dårlig veggkakeutvikling tillater at partikler eller væsker kommer inn i formasjonene som resulterer i indre formasjonsskade. Faststoffer eller polymerer som ikke er blitt fjernet fra overflaten til et borehull kan også forhindre strømningen av hydrokarboner ved å plugge en sikt med pakninger under produksjon. Fjerning av filterkake gjennomføres generelt ved at borehullet behandles med en konsentrert syreoppløsning, særlig saltsyre. Dobson, Jr. et al. US patent nr. 5 607 905 omhandler innlemmelsen av visse uorganiske peroksyder i filterkaken som øker fjern-ingen av filterkaken ved dennes kontakt med en sur oppløsning. Brannon et al. US patent nr. 5 881 813 omhandler et enzymholdig rensefluid for å ned-bryte de resterende polymere viskositetsøkere tilstede i filterkaker fra innboringsfluider eller tilstede i formasjonen fra andre brønnbehandlings-fluider.

Mens disse forbedringer i forbindelse med utforming av brønnboringsfluider og vedlikeholdsfluider fra høydensitetssaltlaker har hatt kommersiell suksess, er det fremdeles et behov for slike fluider som utviser økt partikkelsuspensjonsegenskaper ved lavere viskositeter og som lettere og mere fullstendig kan fjernes fra borehull, fra sikter og lignende tilstede i de hydrokarboninneholdende formasjoner.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer leirefrie, biopolymerfrie brønn-boringsf luider og vedlikeholdsfluider omfattende en vandig saltlake som inneholder minst 0,6 mol pr. liter av et vannoppløselig divalent kationsalt, et partikkelformet selvtettingsmiddel som er uoppløselig i den vandige saltlake, og et stivelsesderivat som virker som en kombinasjon av et suspensjonsmiddel og et middel for å regulere filtreringstap. Stivelsesderivatet anvendes i en konsentrasjon som er tilstrekkelig til å gi fluidet de etterfølgende egenskaper: (a) en viskositet ved lav skjærhastighet som er mindre enn omtrent 10 Pa.s (10 000 centipoise), (b) en viskositet ved høy skjaerhastighet på 511 sek"<1>i området fra 0,015 til 0,07 Pa.s (15 til 70 centipoise) målt ved 48,9°C, (c) et filtreringstap som er mindre enn omtrent 10 ml målt ved 85°C og 17,59 kg/cm<2>(250 psi) differensialtrykk over en5mikron plate i30minutter, og (d) anti-avsettingsegenskaper som vist ved statisk aldring av fluidet i 16 timer ved 85°C, og hvori stivelsesderivatet omfatter en pre-gelatinert tverrbundet amylopektinstivelse som er blitt tverrbundet i den grad at viskositeten til en basisk vandig amylopektinstivelsessuspensjon som gjennomgår tverrbinding er innen 25% til 60% av den maksimale viskositet som kan oppnås.

Oppfinnelsen tilveiebringer videre at viskositeten ved den lave skjaerhastighet kan økes uten at man øker viskositeten ved den høye skjaerhastighet over 0,07 Pa.s (70 centipoise) ved å innlemme magnesiumoksyd og/eller dikaliumhydrogenfosfat i fluidene.

Den foretrukne modifiserte stivelsen som omfatter amylopektin, slik som en voksaktig stivelse, er blitt tverrbundet i den grad at viskositeten til en basisk vandig amylopektinstivelsessuspensjon som gjennomgår tverrbinding er fra 25% til mindre enn 50% av den maksimale viskositet som kan oppnås.

Oppfinnelsen vedrører videre en fremgangsmåte for fremstilling av de leirefrie, biopolymerfrie fluider og en fremgangsmåte for å bore, komplettere eller overhale en brønn med de leirefrie, biopolymerfrie fluider som angitt ved de i kravene 7, 12 og 13 anførte trekk.

Spesifikke utførelsesformer av oppfinnelsen vil bli beskrevet detaljert i det etterfølgende og vist som et eksempel.

Blandingene kan omfatte, bestå i alt vesentlig av eller bestå av de angitte materialer. Fremgangsmåten kan omfatte, bestå i alt vesentlig av eller bestå av de angitte trinn med de angitte materialer.

Foreliggende oppfinnelse er basert på det funn at visse stivelsesderivater virker i bestemte tykke saltlaker til å gi suspensjonsegenskaper og egenskaper med hensyn til regulering av filtreringstap til lakene.

Saltlakene som er anvendbare i fluidene og fremgangsmåtene ifølge oppfinnelsen inneholder minst 0,6 mol pr. liter av ett eller flere vannoppløse-lige divalente kationsalter. Foretrukne divalente kationer er jordalkali-metallsalter og/eller sinksalter. Det foretrukne anion er et halogenid, mest foretrukket klorid og/eller bromid. De mest foretrukne divalente kationer er valgt fra gruppen som omfatter kalsium, magnesium, sink og blandinger derav. De mest foretrukne salter er således valgt fra gruppen som omfatter kalBiumklorid, kalsiumbromid, magneaiumklorid, magnesium-bromid, sinkklorid, sinkbromid og blandinger derav. Andre vannoppløselige divalente kationsalter kan være tilstede i saltlaken.

De foretrukne saltlaker har en densitet på minst omtrent 1199 kg/m<3>

(10,0 ppg).

Stivelse er en naturlig polymer som inneholder rikelig med hydroksylgrupper. Hver anhydroglukoseenhet inneholder to sekundære hydroksyler og et stort flertall inneholder primære hydroksyler. Disse hydroksyler er eventuelt istand til å reagere med et hvilket som helst kjemikalie som kan reagere med alkoholiske hydroksylgrupper. Dette vil inkludere en rekke forbindelser som syreanhydrider, organiske klorforbindelser, aldehyder, epoksy, etyleniske forbindelser osv. Når det spesifiserte kjemikalie inneholder to eller flere enheter som er istand til å reagere med hydroksylgrupper, er der en mulighet for reaksjon av to ulike hydroksylgrupper som resulterer i tverrbinding mellom hydroksylgrupper på det samme molekyl eller på forskjellige molekyler.

Kjemien til stivelse og fremstillingen av en mengde derivater derav er vel kjent. En bok med tittelen "Modified Starches: Properties and Uses" av O.B.Wurzburg, 1986 (CRC Press, Inc., Boca Raton, Florida, USA) er en utmerket kilde for informasjon når det gjelder fremstillingen av modifiserte stivelser. Med hensyn til fremstillingen av de tverrbundne stivelser i denne oppfinnelse er kapitelet med tittelen "Crosslinked Starches" særlig relevant.

Representative tverrbindingsmaterialer er epiklorhydrin og andre epihalo-hydriner, formaldehyd, fosforoksyklorid, trimetafosfat, dialdehyder, vinylsulfon, diepoksyder, diisocyanater, bis(hydroksymetyl)etylenurea og lignende. Den foretrukne tverrbindingsforbindelse er epiklorhydrin.

Tverrbinding av stivelsen resulterer i en økning i molekylvekten til stivelsen og en økning i viskositeten av vandige dispersjoner av stivelsen.

Reaksjonsbetingelsene som anvendes for fremstilling av tverrbundne stivelser vil i stor grad avhenge av det spesifikke bi- eller poly-funksjonelle reagens som anvendes for tverrbindingen. Generelt gjennom-føres de fleste reaksjoner på vandige suspensjoner av stivelse ved temperaturer som strekker seg fra romtemperatur til omtrent 5 0°C. En alkali som natriumhydroksyd anvendes ofte for å fremme reaksjon. Reaksjonene gjennomføres normalt under nøytrale til svakt alkaliske betingelser, men under det nivå som vil peptisere eller svelle stivelsen. Dersom tverr bindingsreaksjonen gjennomføres i en vandig suspensjon av stivelse, og når det ønskede tverrbindingsnivå (vanligvis som målt ved hjelp av en eller annen viskositetstest eller reologitest) nås, nøytraliseres stivelses-suspensjonen og stivelsen filtreres og vaskes for å fjerne salter, eventuelle ureagerte reagenser og andre forurensninger som er fremstilt ved hjelp av bireaksjoner mellom tverrbindingsmiddelet og vann. Konigsberg US patent nr. 2 500 950 omhandler tverrbindingen av stivelse med epoksy-halogenforbindelser som epiklorhydrin. Om ønsket kan stivelsen suspen-deres i ikke-vandige væsker eller vandige oppløsninger som inneholder vannoppløselige organiske væsker under tverrbindingen. Se for eksempel Kesler et al. US patent nr. 2 845 417.

Amylopektinstivelsen som anvendes i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse tverrbindes foretrukket med epiklorhydrin i en basisk vandig stivelsessuspensjon ved en temperatur og i en tidsperiode slik at Brabander viskositeten til suspensjonen er innen 25% til 60% av den maksimalt oppnåelige viskositet, foretrukket fra 25% til mindre enn 50% av den maksimalt oppnåelige viskositet. Viskositeten vil variere med mengden tverrbinding og forsøksbetingelsene, dvs. temperatur, konsentrasjoner osv. En viskositetstopp indikerer maksimal tverrbinding. Når ønsket viskositet er oppnådd, termineres tverrbindingsreaksjonen. Et Brabender viskosimeter er et standart viskosimeter som er lett tilgjengelig på det åpne marked og som er vel kjent for fagkyndige på området.

Som indikert er den tverrbundne amylopektinstivelsen pre-gelatinert. Betegnelsen "gelatinering" er vel kjent innen teknikken og anvendes generelt for å bestemme svelling og hydratisering av stivelser. Stivelsesgranuler er uoppløselige i kaldt vann men absorberer vann reversibelt og sveller i noen grad. I varmt vann skjer imidlertid en omfattende irreversibel svelling som produserer gelatinering. Gelatinering finner sted over et adskilt temperaturområde som avhenger av stivelsestype. Siden gelatinering øker viskositeten til en stivelsessuspensjon, gjennomføres gelatineringen av stivelsen foretrukket etter at amylopektinstivelsen er tverrbundet i ønsket grad som indikert heri. Visse kjemikalier øker gelatineringstemperaturområdet til stivelser og slike kjemikalier kan således være tilstede under tverrbindingen av amylopektinet for at tverrbindingstemperaturen kan økes uten at det forekommer gelatinering av stivelsen. Betegnelsen "pre-gelatinert" indikerer at det tverrbundne amylopektin er blitt gelatinert slik at det tverrbundne amylopektin ikke gjennomgår gelatinering ved tilsetting derav til saltlakene i forbindelse med oppfinnelsen.

Det tverrbundne amylopektin gelatineres normalt ved å oppvarme det tverrbundne amylopektinet ved en temperatur over gelatineringstemperaturen, slik som under tørking av den tverrbundne stivelsesslurry.

Som indikert er det pre-gelatinerte tverrbundne amylopektinet for anvendelse i den foreliggende oppfinnelse foretrukket avledet fra en voksaktig stivelse, foretrukket voksaktig maisstivelse. Som kjent er voksaktige stivelser i realiteten kun amylopektin mens vanlige stivelser inneholder både amylose- og amylopektinmolekyler. For formålene med den foreliggende oppfinnelse, inneholder amylopektinet mindre enn omtrent 10 vekt% amylose, foretrukket høyst omtrent 5% amylose og mest foretrukket mindre enn 1% amylose.

Saltlakene kan inneholde andre kompatible vannoppløselige salter deri. Betegnelsen"kompatibel" som anvendt heri i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse refererer til et salt som ikke resulterer i dannelse av presipitat i saltlaken og/eller som ikke hindrer at den angitte pre-gelatinerte tverrbundne amylopektinstivelsen gir saltlakene de egenskaper som er angitt heri.

Fluidene ifølge oppfinnelsen kan inneholde andre funksjonelle tilsetningsstoffer for å gi spesifikke egenskaper til fluidene. Fluidene kan således inneholde vektmaterialer (som kan virke som selvtettingsmidler i et passende partikkelstørrelsesområde), korrosjonsinhiberende midler, anti-oksydanter, oksygenfjernere, reduksjonsmidler, supplerende midler for å regulere filtreringstap, supplerende viskositetsøkere og lignende.

Fluidene ifølge oppfinnelsen må ha et selvtettingsmiddel innlemmet deri. Selvtettingsmidlene som er anvendbare i forbindelse med den foreliggende

oppfinnelse er vel kjent innen teknikken. De er faste, partikkelformede, vannoppløselige salter eller syreoppløselige materialer hvis partikler er blitt sortert til å ha en partikkelstørrelsesfordeling som er tilstrekkelig til å tette porene i formasjonene som er i kontakt med brønnborings-fluidet og vedlikeholdsfluidet noe som er vel kjent innen teknikken. Se for eksempel Dobson, Jr. et al. US patent nr. 5 616 541 og Johnson US patent nr.5504062. Selvtettingsmiddelet må ikke være merkbart opp-løselig i væsken anvendt for å fremstille fluidet.

Representative vannoppløselige saltselvtettingsmidler inkluderer natrium-klorid, kaliumklorid, magnesiumklorid, kaliumformat, kalsiumbromid, kalsiumklorid og lignende.

Foretrukne selvtettingsmidler har en egenvekt som er mindre enn omtrent 3,0 og er tilstrekkelig syreoppløselige slik at de lett oppløses ved surgjøring av filterkaken og avsetter seg i borehullet. Representative selvtettingsmidler er kalsiumkarbonat, dolomitt (kalsiummagnesium-karbonat), kolemanitt, ulexitt, analcitt, apatitt, bauxitt, brucitt, gibsitt og hydrotalkitt.

Konsentrasjonen av selvtettingsmidlene vil være tilstrekkelig til at fluidene, sammen med konsentrasjonen av stivelsesderivatet, utviser et filtreringstap som er. mindre enn omtrent 10 ml som målt ved 85°C og 17,59 kg/cm<2>(250 psi) differensialtrykk over en 5 mikron plate i 30 minutter. Generelt vil konsentrasjonen av selvtettingsmidlene være fra 14,28 kg/m<3>(5 ppb) til 142,8 kg/m<3>(50 ppb), foretrukket fra 28,55 kg/m<3>(10 ppb) til 85,66 kg/m<3>(30 ppb).

Konsentrasjonen av stivelsesderivatet må være tilstrekkelig til å gi fluidet de etterfølgende egenskaper: (a) en viskositet ved lav skjærhastighet som er mindre enn omtrent 10 Pa.s (10 000 centipoise), (b) en viskositet ved høy skjærhastighet på 511 sek"<1>i området fra 0,015 til 0,07 Pa.s (15 til 70 centipoise) målt ved 48,9°C, (c) et filtreringstap som er mindre enn omtrent 10 ml målt ved 85°C og 17,59 kg/cm<2>(250 psi) differensialtrykk over en 5 mikron plate i 30 minutter, og (d) anti-avsettingsegenskaper som vist ved statisk aldring av fluidet i 16 timer ved 85°C. Generelt vil konsentrasjonen av stivelsesderivater være fra 14,28 kg/m<3>(5 ppb) til 34,26 kg/m<3>(12 ppb), foretrukket fra 17,13 kg/m<3>(6 ppb) til 31,40 kg/m<3>(11 ppb), og mest foretrukket fra 20,0 kg/m<3>(7 ppb) til 28,55 kg/m<3>(10ppb).

Det er et nytt trekk ved den foreliggende oppfinnelse at stivelsesderivatet gir utmerkede suspensjonsegenskaper til fluidene ved de lave viskositeter som er gitt til fluidene. Dette er i direkte kontrast til fluider som inneholder vannoppløselige polymer-viskositetsøkere, slik som biopolymerer, slik som xantangummi, skleroglukangummi, succinoglykangummi og lignende, i de tykke saltlakene anvendt i fluidene ifølge oppfinnelsen.

Fluidene ifølge oppfinnelsen inneholder ikke noen polymere viskositetsøkere, slik som biopolymerer, dvs. de er biopolymerfrie.

Uten at man ønsker å begrense seg dertil, mener man at saltlakenes opp-drift bidrar til saltlakenes suspensjonsegenskaper. Således, når densiteten til disse tykke saltlakene øker, er mindre viskositetsutvikling ved hjelp av stivelsesderivatet nødvendig for de utmerkede suspensjonsegenskaper som observeres. Dette har ikke vært tidligere kjent. De kjente fluider som eksemplifisert ved hjelp av patentskriftene omtalt i det foregående indikerer faktisk at fluidene inneholder en biopolymer eller amorf silikaviskositetsøker og suspensjonsmiddel og generelt en stivelse eller

et derivat derav som et tilsetningsstoff for å kontrollere filtreringstap.

Fluidene ifølge oppfinnelsen kan fremstilles og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan utføres, ved å blande den tykke saltlaken som inneholder divalent kation som angitt heri med stivelsesderivatet, og selvtettingsmiddelet og hvilke som helst eventuelle tilsetningsstoffer som angitt heri. Konsentrasjonen av stivelsen som angitt heri er den konsentrasjonen som vil gi fluidet de følgende egenskaper: (a) en viskositet ved lav skjaerhastighet som er mindre enn omtrent 10 Pa.s (10 000 centipoise), (b) en viskositet ved høy skjaerhastighet på 511 sek"<1>i området fra 0,015 til 0,07 Pa.s (15 til 70 centipoise) målt ved 48,9°C, (c) et filtreringstap som er mindre enn omtrent 10 ml målt ved 85°C og 17,59 kg/cm<2>(250 psi) differensialtrykk over en 5 mikron plate i 30 minutter, og (d) anti-avsettingsegenskaper som fremvist ved statisk aldring av fluidet i 16 timer ved 85°C.

Etter statisk aldring av fluidene i forseglede -1/2 1 beholdere ble enhver separasjon eller synerese registrert ved å måle separasjonsdybden. I forbindelse med den foreliggende oppfinnelse utviser fluidene ifølge oppfinnelsen høyst 0,635 cm (1/4 inch) separasjon som er omtrent 10 volum%. Av-settingsegenskapene til de aldrede fluider bestemmes deretter ved å inn-føre en spatel forsiktig i fluidene og observere om eventuelle faststoffer hadde separert fra fluidet. I forbindelse med den foreliggende oppfinnelse utviste fluidene ingen avsetting av faststoffer.

Fluidene ifølge oppfinnelsen er anvendbare i forskjellige petroleumsutvin-ningsoperasjoner såvel som brønnboring, inkluderende boring i hydrokarbon-holdige formasjoner, komplettering, overhaling og lignende som alle er

kjent innen teknikken. Spesifikt er fluidene ifølge oppfinnelsen anvendbare ved boring av en brønn hvor borefluidet sirkuleres inne i et borehull som bores mens boringen vedblir, og ved brønnkompletterings- og overhal-ingsmetoder hvor en underjordisk formasjon står i forbindelse med et vandig fluid for å danne en tetning og tette formasjonen, som er vel kjent innen teknikken.

Viskositeten ved lav skjaerhastighet (LSRV) for formålene med den foreliggende oppfinnelse oppnås ved anvendelse av et Brookfield Model LVTDV-1 viskosimeter med spindelnummer 1 eller 2 ved 0,3 omdreininger pr. minutt (skjaerhastighet på 0,0363 sek"<1>). Filtreringstap-egenskapene til fluidene oppnås ved hjelp av en modifisert API filtreringstest. Til en API filtre-ringscelle med høy temperatur og med fjernbare ende-rammeverk tilsettes således en 5 mikron plate (dvs. en keramisk plate av aluminiumoksyd (Aloxite) med 5 mikron poreåpninger, fra 0,592 til 0,740/im<2>(600 til 750 md) permeabilitet, med diameter 6,35 cm (2,5 inches) og dybde 0,635 cm (0,25 inches) mettet med vann. Fluidet som skal testes helles langs innerkanten av filtreringscellen. Filtreringstesten gjennomføres deretter i 30 minutter ved den ønskede temperatur på 85°C under en trykkforskjell på 17,59 kg/cm<2>(250 psi) supplert ved hjelp av nitrogen. Sprut-tapet måles som mengden av fluid som utdrives fra filtreringscellen inntil fluidstrømmen er redusert til dråper. Filtreringstapet måles som den totale mengde fluid samlet i løpet av 3 0 minutter.

Viskositetene i centipoise ved 1022 sek"<1>, 511sek"<1>,340,7sek"<1>,170,3sek"<1>,10,22sek"<1>og 5,11 sek"<1>oppnås ved anvendelse av et Fann 35 viskosimeter ved 600 opm, 300 opm, 200 opm, 100 opm, 6 opm og 3 opm ved å multiplisere Fann tallavlesingen med henholdsvis 0,5, 1, 1,67, 3,50 og 100.

For å beskrive oppfinnelsen mere fullstendig, er de etterfølgende eksempler angitt. I disse eksempler og denne beskrivelse kan de etter-følgende forkortelser anvendes: API = American Petroleum Institute, XLAPS = det pre-gelatinerte epiklorhydrin-tverrbundne amylopektinstivelsesderi-vatet som er blitt tverrbundet i et omfang slik at viskositeten til en basisk vandig amylopektinstivelsessuspensjon som gjennomgår tverrbinding er innen 25% til 60% av den maksimale viskositet som kan oppnås, LSRV = Brookfield viskositet ved lav skjaerhastighet ved 0,03 omdreininger pr. minutt, 0,0363 sek"<1>, i centipoise, viskositet ved høy skjaerhastighet = Fann viskositet ved 511 sek"<1>i centipoise, sek = sekunder, ppg = pounds per gallon, ppb = pounds per 42 gallon barrel, °F = grader Fahrenheit, ml = milliliter, min = minutter, cp = centipoise, opm = omdreininger pr. minutt, in = tommer.

Eksempel 1

1499 kg/m<3>(12,5ppg) fluider ble fremstilt inneholdende 343 ml (0,98 bbl ekvivalenter) av en 1469 kg/cm<3>(12,25 ppg) CaBr2saltlake, 65,67 kg/m<3>(23 ppb) av et kalsiumkarbonat-selvtettingsmiddel og konsentrasjoner av XLAPS, xantangummi, skleroglukangummi og succinoglykangummi som angitt i tabell 1. Fluidenes reologi før og etter aldring i 16 timer ved 85°C og en indikasjon på suspensjonsegenskapene til fluidene etter statisk aldring ble målt. Dataene er angitt i tabell 1.

Eksempel 2

1619 kg/m<3>(13,5ppg) fluider ble fremstilt som inneholdt 2 83,5 ml (0,81 bbl ekvivalenter) av en 1703 kg/m<3>(14,2 ppg) CaBr2saltlake, 56 ml (0,16 bbl ekvivalenter) vann, 74,24 kg/m<3>(26 ppb) kalsiumkarbonat-selvtettingsmiddel og konsentrasjoner av XLAPS, xantangummi, skleroglukangummi og succinoglykangummi som angitt i tabell 2. Fluidene ble evaluert som i eksempel 1. Dataene er angitt i tabell 2.

Eksempel 3

1739 kg/m<3>(14,5 ppg) fluider ble fremstilt som inneholdt 259 ml (0,74 bbl ekvivalenter) av en 1703 kg/m<3>(14,2 ppg) CaBr2saltlake, 49 ml (0,14 bbl ekvivalenter) av en 23 02,7 kg/m<3>(19,2 ppg) CaBr2/ZnBr2saltlake, 3 5 ml (0,10 bbl ekvivalenter) vann, 0,71 kg/m<3>(0,25 ppb) magnesiumoksyd, 65,7 kg/m<3>(23ppb) kalsiumkarbonat-selvtettingsmiddel og konsentrasjoner av XLAPS, xantangummi, skleroglukangummi og succinoglykangummi som angitt i tabell3. Fluidene ble evaluert som i eksempel 1. Dataene er angitt i tabell 3.

Eksempel 4

1859 kg/m<3>(15,5 ppg) fluider ble fremstilt som inneholdt 203 ml (0,58 bbl ekvivalenter) av en 1703 kg/m<3>(14,2 ppg) CaBr2saltlake, 108,5 ml (0,31 bbl ekvivalenter) av en 2302,7 kg/m<3>(19,2 ppg) CaBr2/ZnBr2saltlake, 28 ml (0,08 bbl ekvivalenter) vann, 0,71 kg/m<3>(0,25 ppb) magnesiumoksyd,

71,38 kg/m<3>(25 ppb) kalsiumkarbonat-selvtettingsmiddel og konsentrasjoner av XLAPS, xantangummi, skleroglukangummi og succinoglykangummi som angitt i tabell 4.Fluidene ble evaluert som i eksempel 1. Dataene er angitt i tabell 4.

Eksempel 5

1979 kg/m<3>(16,5 ppg) fluider ble fremstilt som inneholdt 143,5 ml (0,41 bbl ekvivalenter) av en 1703 kg/m<3>(14,2 ppg) CaBr2saltlake, 182 ml (0,52 bbl ekvivalenter) av en 2302,7 kg/m<3>(19,2 ppg) CaBr2/ZnBr2saltlake, 17,5 ml (0,05 bbl ekvivalenter) vann, 0,71 kg/m<3>(0,25 ppb) magnesiumoksyd,

65,67kg/m<3>(23 ppb) kalsiumkarbonat-selvtettingsmiddel og konsentrasjoner av XLAPS, xantangummi, skleroglukangummi og succinoglykangummi som angitt i tabell 5. Fluidene ble evaluert som i eksempel 1. Dataene er angitt i tabell 5.

I tabellene 1-5 er fluidene C, D og E som ikke inneholder XLAPS ifølge oppfinnelsen ikke eksempler på oppfinnelsen og er angitt kun for9ammen-ligningsformål. Dataene angir de utmerkede suspensjonsegenskapene til fluidene som inneholder XLAPS selv ved svært lav LSRV, og angir de svært dårlige suspensjonsegenskapene til fluidene som inneholder kun biopolymer-ene. Innlemmelse av en biopolymer i de XLAPS-inneholdende fluider økte viskositeten ved høy skjærhastighet og påvirket LSRV på forskjellige måter avhengig av fluidenes densitet. Dataene indikerer også at, generelt, av-tar LSRV og viskositeten ved høy skjærhastighet øker når konsentrasjonen av sinkbromid i fluidene øker. De utmerkede suspensjonsegenskapene til fluidene ble imidlertid bibeholdt.

Eksempel 6

CaCl2fluider med densiteter på 1139, 1241 og 1355 kg/m<3>(9,5, 10,35 og 11,3 ppg) ble fremstilt som hver inneholdt 22,84kg/m<3>(8 ppb) XLAPS og en konsentrasjon av MgO og kalsiumkarbonat-selvtettingsmiddel som angitt i tabell 6. Fluidene ble evaluert som i eksempel 1. Dataene som ble oppnådd er angitt i tabell 6.

Dataene viser at: (1) fluidenes densitet bør være større enn 1139 kg/m<3>(9,5 ppg), foretrukket minst omtrent 1199 kg/m<3>(10,0 ppg), (2) magnesiumoksyd kan tilsettes for å øke fluidenes viskositet, om ønsket, særlig LSRV, og (3) suspensjonsegenskapene til fluidene ifølge oppfinnelsen er utmerket selv ved lav LSRV.

Eksempel 7

1751 kg/m<3>(14,6 ppg) CaBr2/ZnBr2fluider ble fremstilt som hver inneholdt 22,84 kg/m<3>(8 ppb) XLAPS, 68,53 kg/m<3>(24 ppb) CaC03selvtettingsmiddel, 248,5 ml (0,71 bbl) av 1703 kg/m<3>(14,2 ppg) CaBr2, 38,5 ml (0,11 bbl) vann,59,5 ml (0,17 bbl) av 2302,7 kg/m<3>(19,2 ppg) CaBr2/ZnBr2, og konsentrasjoner av MgO, Mg02, natriumtiosulfat og K2HP04som angitt i tabell 7.Fluidene ble evaluert som i eksempel 1. De oppnådde data er angitt i tabell7.

Dataene indikerer at magnesiumoksydet økte den termiske stabilitet til fluidene som inneholdt magnesiumperoksyd og natriumtiosulfat, og at K2HP04økte viskositeten av fluidene etter aldring ved 85°C, særlig LSRV.

Eksempel 8

1751 kg/m<3>(14,6 ppg) CaBr2/ZnBr2fluid ble fremstilt som i eksempel 7 inneholdende 22,84 kg/m<3>(8 ppb) XLAPS, 0,71 kg/m<3>(0,25 ppg) MgO og 68,53 kg/m<3>(24 ppb) CaC03selvtettingsmiddel. Fluidets reologi ble først målt ved 4 8,9°C og etter aldring av fluidet i en tid som angitt i tabell 8 ved 85°C. De oppnådde data er angitt i tabell 8.

Dataene indikerer at fluidet har utmerket termisk stabilitet og suspensjonsegenskaper.

Eksempel 9

1241 kg/m<3>(10,35 ppb) MgCl2fluider ble fremstilt som inneholdt 339,5 ml (0,97 bbl) av 1199 kg/m<3>(10,0 ppg) MgCl2saltlake, 22,84 kg/m<3>(8 ppb) XLAPS, 74,24 kg/m<3>(26 ppb) kalsiumkarbonat-selvtettingsmiddel og enten 0 eller0,71kg/m<3>(0,25 ppb) MgO. Fluidene ble evaluert som i det foregående . De oppnådde data er angitt i tabell 7.

Dataene angir de utmerkede suspensjonsegenskapene til XLAPS i MgCl2-inneholdende saltlaker, og økningen av LSRV ved tilsetning av MgO.

Eksempel 10

Høytemperatur, høytrykks-filtreringstapet for fluider 4-A, tabell 4 og 5-A, tabell 5 ble bestemt ved 85°C, 17,59 kg/cm<2>(250 psi) differensialtrykk over en 5 mikron plate. De oppnådde data er som følger. Fluid 4-A: initialt - sprut-tap =1,5ml, 30 min. = 3 ml; aldret ved 85°C - sprut-tap = 2,5 ml, 30 min = 3,5 ml. Fluid 5-A: initialt - sprut-tap = 1,5 ml, 30 min = 3 ml; aldret ved 85°C - sprut-tap = 2 ml, 3 0 min = 4 ml.

Disse data illustrerer de utmerkede filtreringstapegenskapene til fluidene ifølge oppfinnelsen.

Dataene i tabellene indikerer at LSRV for fluidene ifølge oppfinnelsen kan økes ved tilsetning av magnesiumoksyd, dikaliumhydrogenfosfat eller bio polymerer til fluidene, særlig etter at fluidene er underkastet økte temperaturer noe vil forekomme ved anvendelse av fluidene i forbindelse med boring og vedlikehold av brønner. Dataene indikerer også at kunBmå konsentrasjoner av biopolymeren kan være innlemmet i fluidene uten at viskositeten ved høy skjærhastighet økes i urimelig grad, dvs. ved 511 sek"<1>. Således kan LSRV til fluidene økes uten at man øker, i urimelig grad, viskositeten ved høy skjærhastighet ved tilsetningen av magnesiumoksyd og/eller dikaliumhydrogenfosfat til fluidene, foretrukket i en mengde fra omtrent 0,286 kg/m<3>(0,1 ppb) til omtrent14,28 kg/m<3>(5ppb). Et annet aspekt av oppfinnelsen vedrører å øke viskositeten ved lav skjærhastighet til fluidene ifølge oppfinnelsen uten å øke viskositeten ved høy skjærhastighet over omtrent 0,07 Pa.s (70 centipoise) ved tilsetning av magnesiumoksyd og/eller dikaliumhydrogenfosfat til fluidene. Fluidenes viskositet ved lav skjærhastighet kan således være større enn 10 Pa.s (10 000 centipoise) ved tilsetning av et tilsetningsstoff som øker fluidenes viskositet ved lav skjærhastighet uten å øke viskositeten ved høy skjærhastighet til over omtrent 0,07 Pa.s (70 centipoise).

Claims

1. Leirefritt, biopolymerfritt brønnborings- og vedlikeholdsfluid,karakterisert vedat det omfatter en vandig saltlake som inneholder minst 0,5 mol pr. liter av et vannoppløselig divalent kationsalt, et partikkelformet selvtettingsmiddel som er uoppløselig i den vandige væske-, og et stivelsesderivat hvor konsentrasjonen av stivelsesderivatet er tilstrekkelig til å gi fluidet de etterfølgende egenskaper: (a) en viskositet ved lav skjærhastighet som er mindre enn omtrent 10 Pa.s (10 000 centipoise), (b) en viskositet ved høy skjærhastighet på 511 sek"<1>i området fra 0,015 til 0,07 Pa.s (15 til 70 centipoise) målt ved 48,9°C, (c) et filtreringstap som er mindre enn omtrent 10 ml målt ved 85°C og 17,59 kg/cm<2>(250 psi) differensialtrykk over en 5 mikron plate i 30 minutter, og (d) anti-avsettingsegenskaper som vist ved statisk aldring av fluidet i 16 timer ved 85°C, og hvori stivelsesderivatet omfatter en pre-gelatinert tverrbundet amylopektinstivelse som er blitt tverrbundet i den grad at viskositeten til en basisk vandig amylopektinstivelsessuspensjon som gjennomgår tverrbinding er innen 25% til 60% av den maksimale viskositet som kan oppnås.

2. Fluid som angitt i krav 1, hvori amylopektinstivelsen er tverrbundet med epiklorhydrin.

3. Fluid som angitt i ett eller flere av de foregående krav, hvori densiteten av fluidet er minst omtrent 1199 kg/m<3>(10 ppg) .

4. Fluid som angitt i krav 2, hvori det vannoppløselige divalente kationsalt er valgt fra gruppen som omfatter jordalkalimetall-halogenid-saltene, sinkhalogenidsaltene og blandinger derav.

5. Fluid som angitt i krav 2, hvori konsentrasjonen av stivelsesderivatet er fra 14,28 kg/m<3>(5 ppb) til 34,26 kg/m<3>(12 ppb).

6. Fluid som angitt i ett eller flere av de foregående krav, hvori det i tillegg inneholder et tilsetningsstoff som er valgt fra gruppen som omfatter magnesiumoksyd, dikaliumhydrogenfosfat og blandinger derav i en mengde som er tilstrekkelig til å øke viskositeten ved lav skjærhastighet uten å øke viskositeten ved høy skjærhastighet over 0,07 Pa.s (70 centipoise).

7. Fremgangsmåte for fremstilling av et leirefritt, biopolymerfritt brønnborings- og vedlikeholdsfluid, hvor fluidet omfatter en vandig saltlake som inneholder minst 0,6 mol pr. liter av et vannoppløselig divalent kationsalt og et partikkelformet selvtettingsmiddel som er uoppløselig i den vandige væske, karakterisert vedat den omfatter tilsetning, til fluidet, av et stivelsesderivat i en mengde som er tilstrekkelig til å gi fluidet de etterfølgende egenskaper: (a) en viskositet ved lav skjærhastighet som er mindre enn omtrent 10 Pa.s (10 000 centipoise), (b) en viskositet ved høy skjærhastighet på 511 sek"<1>i området fra 0,015 til 0,07 Pa.s (15 til 70 centipoise) målt ved 48,9°C, (c) et filtreringstap som er mindre enn omtrent 10 ml som målt ved 85°C og17,59 kg/cm<2>(250 psi) differensialtrykk over en 5 mikron plate i 3 0 minutter, og (d) anti-avsettingsegenskaper som vist ved statisk aldring av fluidet i16 timer ved 85°C, og hvori stivelsesderivatet omfatter en pre-gelatinert tverrbundet amylopektinstivelse som er blitt tverrbundet i den grad at viskositeten til en basisk vandig amylopektinstivelsessuspensjon som gjennomgår tverrbinding er innen 25% til 60% av den maksimale viskositet som kan oppnås.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, hvori amylopektinstivelsen tverrbindes med epiklorhydrin.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvori fluidets densitet er minst omtrent 1199 kg/m<3>(10ppg) .

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvori det vannoppløselige divalente kationsalt velges fra gruppen som omfatter jordalkalimetall-halogenidsaltene, sinkhalogenidsaltene og blandinger derav.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 8, hvori konsentrasjonen av stivelsesderivatet er fra 14,28 kg/m<3>(5 ppb) til 34,26 kg/m<3>(12ppb).

12. Fremgangsmåte som angitt i ett eller flere av kravene 8 til 11, hvori fluidet i tillegg omfatter et tilsetningsstoff som er valgt fra gruppen omfattende magnesiumoksyd, dikaliumhydrogenfosfat og blandinger derav i en mengde som er tilstrekkelig til å øke viskositeten ved lav skjærhastighet uten å øke viskositeten ved høy skjærhastighet over 0,07 Pa.s (70 centipoise).

13. Fremgangsmåte for å bore en brønn hvor et borefluid sirkuleres inne i borehullet som bores mens boringen vedblir, karakterisert vedat den omfatter anvendelse, som borefluidet, av fluidet som angitt i ett eller flere av kravene 1 til 6.

14. Fremgangsmåte for å komplettere eller overhale en brønn hvor en underjordisk formasjon er i kontakt med en vandig væske,karakterisert vedat den omfatter anvendelse, som det vandige fluid, av fluidet som angitt i ett eller flere av kravene l til 6.