NO329920B1 - Konsentrat for tverrbinding av polymerer i vandige losninger, fluid, og fremstilling av formiatholdig fraktureringsfluid - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et konsentrat for tverrbinding av polymerer i vandige oppløsninger. Den foreliggende oppfinnelse vedrører også et fluid valgt fra et brønnvedlikeholdsfluid og et fraktureringsfluid. Den foreliggende oppfinnelse vedrører videre en fremgangsmåte for fremstilling av et formiatholdig fraktureringsfluid.

Oppfinnelsen omhandler en tverrbindingsmiddelsuspensjon for tverrbinding av brønnbehandlingsfluider inneholdende en viskositetsøkende tverrbindbar polymer deri. Slike fluider inkluderer fraktureringsfluider, gruspakkingsfluider og liknende.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Hydraulisk frakturering har i stor utstrekning vært anvendt som et middel for å forbedre de hastigheter hvormed fluider kan injiseres inn i eller trekkes ut fra underjordiske for-masjoner som omgir oljebrønner, gassbrønner, vanninjeksjons-brønner og liknende borehull. De anvendte fraktureringsme-toder innebærer normalt injeksjon av et viskøst fraktureringsfluid med en lav filtreringstapverdi inn i brønnen med en hastighet og trykk tilstrekkelig til å generere en fraktur i den eksponerte formasjon, innføring av fluid inneholdende suspenderte proppemiddelpartikler i den resulterende fraktur, og etterfølgende brønninnstenging inntil formasjonen lukkes over de injiserte partikler. Dette resulterer i dannelse av vertikale kanaler med høy ledeevne hvorigjennom fluider deretter kan injiseres eller produseres. Den oppnådde ledeevne er en funksjon av frakturdimmensjonene og permabiliteten av laget av proppemiddelpartikler inne i frakturen.

For å generere frakturen med tilstrekkelig lengde og bredde og å føre proppemiddelpartiklene inn i frakturen er det nød-vendig at fluidet har forholdsvis høy viskositet, lavt frik-sjonstap, og ikke-skadende egenskaper. Viskositeten i vandige væsker tilveiebringes ved tilsetning av polymerer, ofte benevnt fortykningsmidler. Etter behandlingen av brøn-nen er det ønskelig å returnere de vandige væsker til sin lawiskositetstilstand for å fremme rensing, slik at fraktu reringsfluidet og polymeren kan fjernes fra formasjonen og den proppede fraktur. Hvis den høyviskøse væske etterlates i frakturen ville dette redusere formasjonens permeabilitet og hindre produksjonen av formasjonsfluider gjennom den proppede fraktur. Videre ville restene av polymeren på frakturover-flaten og i porene av den proppede fraktur signifikant redusere fluidets permabilitet derigjennom.

Polymerene anvendt som vandige fortykningsmidler må gi fluidet tilstrekkelig viskositet ved temperaturen for formasjonen for å generere den ønskede fraktur og suspendere proppemid-delet. Polymerene blir ofte tverrbundet for å oppnå den nødvendige viskositet.

For å unngå de uønskede ettervirkninger av polymeren og poly-merrestene er det nå i fraktureringsfluidet vanlig praksis å anvende kjemikalier ("brytemidler") som bryter ned polymerene. U.S. patent nr. 4 741 401 omhandler et antall oksida-sjonsmidler inneholdt i kapsler for å bryte ned fraktureringsfluidet. U.S. patent nr. 3 938 594 omhandler bruken av natriumhypoklorittoppløsning, syre, micelleoppløsninger, og overflateaktive midler for å bryte ned polymerene i fraktureringsfluidet.

I gruspakkingsoperasjoner føres faste gruspartikler som f.eks. sand til den underjordiske sone eller formasjon hvori en gruspakke skal plasseres ved hjelp av et tverrbundet geldannet fluid med høy viskositet. Det vil si at grusen opp-slemmes i fluidet med høy viskositet på overflaten og føres til den underjordiske sone eller formasjon hvori gruspakken skal anbringes. Når først grusen er anbrakt i sonen eller formasjonen, brytes (nedbrytes) den tverrbundne gel og retur-neres til overflaten. Den frembrakte gruspakke fungerer som et filter for å separere formasjonsfaststoffene fra produserte fluider mens den tillater at de produserte fluider kan strømme inn i og opp gjennom borehullet.

De polymerer og tverrbindingsmidler som anvendes i brønnbe-handlingsfluider er vel kjent på området. Typiske hydrati- serbare, vannoppløselige polymerer som kan tverrbindes er galaktomannangummiene, glukomannangummiene, guargummiene, derivatiserte guarhummier og cellulosederivater. Spesifikke eksempler er guargummi, guargummiderivater, Johannesbrød-gummi, taragummi, karayagummi, kassiagummi, karboksymetyl-cellulose, karboksymetylhydroksyetylcellulose og hydroksy-etylcellulose. En egnet syntetisk polymer er polyvinyl-alkohol.

En rekke forskjellige tverrbindingsmidler har vært anvendt for tverrbinding av en geldannet vandig polysakkaridvæske, idet særlig egnede slike tverrbindingsmidler er overgangs-metallholdige forbindelser som frigir overgangsmetallioner når de oppløses i en vandig væske og boratfrigivende forbindelser. Eksempler på særlig egnede overgangsmetallioner for tverrbinding av de vandige geldannede polymervæsker beskrevet ovenfor er titan IV (4+), zirkonium IV (4+), antimon III (3+), krom III (3+) og aluminium III (3+). Eksempler på forbindelser som er vannoppløselige og som gir zirkonium IV ioner er zirkoniumlaktat, zirkoniumkarbonat, zirkoniumacetyl-acetonat og zirkoniumdiisopropylaminlaktat. Forbindelser istand til å tilføre titan IV, antimon III, krom III og aluminium III er vel kjent for de fagkyndige og omfatter til-svarende konvensjonelle forbindelser som f.eks. kaliumpyro-antimonat, titanacetylacetonat, titantrietanolamin, krom III citrat, aluminiumacetat og liknende. En boratfrigivende forbindelse har også vært anvendt som et tverrbindingsmiddel. Den spesielle anvendte boratforbindelse kan være en hvilken som helst forbindelse som tilfører borationer i en vandig geldannet hydratisert polysakkaridvæske. F.eks. kan boratkilden være en hurtigoppløselig boratholdig forbindelse som f.eks. borsyre, boraks eller "POLYBOR" som fremstilles av U.S. Borax Company. Boratkilden kan også være et sakteopp-løselig borat som f.eks. jordalkalimetallborater, alkali-metallborater og liknende. Anvendelse av sakteoppløselige boratfrigivende forbindelser i et vandig geldannet behand-lingsfluid forsinker en signifikant viskositetsøkning på grunn av tverrbinding til etter at behandlingsfluidet er blitt pumpet inn i borehullet. De boratfrigivende forbindelser kan enten være hydratisert eller vannfri.

Se f.eks. de følgende U.S. patenter: Wadhwa 4 519 3 09; Mondshine 4 619 776; Dawson 5 145 590; Sharif 5 160 445; Sharif 5 252 236; Sharif 5 266 224; Sharif 5 310 489;

Kinsey 5 488 083; Kinsey 5 565 513; Shuchart 5 759 964; Moorhouse 6 225 264 og Moorhouse 6 251 838.

Det er kjent å tilveiebringe tverrbindingsmidlene for polymeren i form av et konsentrat suspendert i et passende flytende suspensjonsmedium. Tverrbindingsmidler er således blitt oppslemmet i vandige væsker og ikke-vandige væsker som f.eks. et hydrokarbon slik som diselolje, mineraloljer, og parafin, og alkoholer inneholdende 6-12 karbonatomer, vegetabilske oljer, esteralkoholer, polyoletere, glykoler, animalske oljer, silikonoljer, halogenerte løsningsmidler, harpiks-oppløsninger i lettbensin, og olje-harpiksoppløsninger. Se f.eks. U.S. patent nr. 6 024 170 og EP 0 962 626 A2, som er i den samme patentfamilien.

Tallrike problemer forekommer når disse konsentrater anvendes. Mange av de ikke-vandige flytende suspensjonsmedier er således miljømessig ikke godtagbare og har dårlige suspensjons- og stabilitetskarakteristikker, og mange er dyre og vanskelig å underkaste viskositetsøkning. Vannbaserte konsentrater er ikke godtagbare ved lave temperaturer ettersom deres viskositet øker slik at de ikke kan helles eller de størkner.

EP 1 092 83 5 Al omhandler tverrbundede geldannede vandige brønnbehandlingsfluider omfattende vann, et galaktomannan-geldannelsesmiddel, et tverrbindingsmiddel for tverrbinding av galaktomannan-geldannelsesmidlet, og et viskositets-stabiliseringsmiddel valgt fra gruppen bestående av formal-dehyd, maursyre, eller blandinger derav.

Oppsummering av oppfinnelsen

Oppfinnelsen tilveiebringer et konsentrat for tverrbinding av polymerer i vandige oppløsninger, kjennetegnet ved at det omfatter: en alkalimetallformiatoppløsning, et tverrbindingsmiddel suspendert deri, og et suspensjonsmiddel, hvori suspensjonsmidlet er et leiremineral valgt fra gruppen bestående av smektittleirer, polygorskittleirer, og blandinger derav. Konsentratet omfatter eventuelt et deflokkuleringsmiddel. Det foretrukne tverrbindingsmiddel er et tungt-oppløselig alkalimetallborat eller et alkalimetall-jordalkalimetallborat. Det foretrukne alkalimetallformiat er kaliumformiat. De foretrukne konsentrater er hellbare og om de er geldannet fremviser de skjøre gelstyrker slik at konsentratene kan helles etter forsiktig omrøring, som f.eks. ved omrysting eller ved rulling av beholderen inneholdende konsentratene, eller blanding med lav skjærkraft i store beholdere.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører videre et fluid, kjennetegnet ved at det omfatter en vandig væske som har hydratisert deri en galaktomannangummi eller derivat derav, idet gummien er tverrbundet med konsentratet ifølge oppfinnelsen, og hvori fluidet er valgt fra et brønnvedlikeholdsfluid og et fraktureringsfluid. Oppfinnelsen tilveiebringer i en ut-førelsesform vannbaserte brønnvedlikeholdsfluider, foretrukket hydrauliske fraktureringsfluider, inneholdende et alkalimetallformiat, foretrukket kaliumformiat, og et viskositetsøkende middel av den hydratiserte tverrbundede polysakkaridpolymer galaktomannangummi eller et derivat derav, idet alkalimetallformiatet og tverrbindingsmiddelet for den hydratiserte polysakkaridpolymer galaktomannangummi tilveiebringes av tverrbindingskonsentratet.

Oppfinnelsen tilveiebringer også en fremgangsmåte for fremstilling av et formiatholdig fraktureringsfluid, kjennetegnet ved at den omfatter hydratisering av en galaktomannangummi eller derivat derav i en vandig væske og deretter tverrbinding av galaktomannangummien med konsentratet ifølge oppfinnelsen .

Mens oppfinnelsen kan underkastes forskjellige modifikasjoner og alternative former skal spesifikke utførelsesformer derav beskrives detaljert i det følgende og vises som eksempel. Det skal imidlertid forstås at dette ikke skal begrense oppfinnelsen til de viste spesielle former, men tvert imot skal oppfinnelsen dekke alle modifikasjoner og alternativer som faller innenfor ideen og rammen for oppfinnelsen som uttrykt i patentkravene.

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

Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer forbedrede vandige tverrbindingskonsentrater for anvendelse i brønn-behandlingsfluider slik som fraktureringsfluider, gruspakkingsfluider, og liknende. Konsentratene ifølge oppfinnelsen er miljøvennlige og har et lavt frysepunkt som muliggjør deres anvendelse ved lavere temperaturer. Andre fordeler ved konsentratene ifølge oppfinnelsen er: ikke-kloridbasert oppløsning; utmerket faststoffsuspensjon; og eliminasjon i variasjoner av tverrbindingstidene som skyldes oljefukting av det tverrbindende middel i ikke-vannbaserte konsentrater. De tverrbundne brønnbehandlingsfluider fremstilt med tverrbindingskonsentratene ifølge oppfinnelsen fremviser forbedret sandtransport inn i frakturer, og den tverrbundne gel gjenoppbygges etter skjærkraftpåvirkningen av fluidene.

Tverrbindingskonsentratene ifølge oppfinnelsen omfatter en suspensjon av et tverrbindingsmiddel i en vandig formiatopp-løsning, foretrukket en vandig kaliumformiatoppløsning med en densitet på minst 1,14 kg per liter (9,5 pund per gallon), foretrukket minst omtrent 1,20 kg per liter (10,0 pund per gallon).

Tverrbindingsmiddelet kan være hvilken som helst av de kjente tverrbindingsforbindelser angitt i det foregående. Foretrukket er boratfrigivende forbindelser. Mest spesielt foretrukket er de tungtoppløselige borater angitt i Mondshine U.S. patent nr. 4 619776. Slike tungtoppløselige borater har minst fem boratomer per molekyl er valgt fra gruppen bestående av jordalkalimetallborater, alkalimetall-jordalkalimetallborater, slik som uleksitt, og blandinger derav.

Konsentrasjonen av tverrbindingsmiddelet i konsentratene ifølge oppfinnelsen er generelt i området fra 45,4 kg per 159 liter fat (100 pund per 42 gallon fat) av konsentratet til 113,4 kg per 159 liter fat (250 pund per 42 gallon fat) av konsentratet, foretrukket fra omtrent 68,0 kg til omtrent 90,7 kg per 159 liter fat (omtrent 150 til omtrent 200 pund per 42 gallon fat) av konsentratet. Alternativt er det tverrbindende middel tilstede i konsentratet i en mengde fra omtrent 15 volum% til omtrent 35 volum%, foretrukket fra omtrent 2 0 til omtrent 3 0 volum%.

Tverrbindingsmiddelet holdes suspendert i konsentratet ved innlemmelsen av et suspensjonsmiddel deri. Suspensjonsmiddelet øker viskositeten av konsentratet og hindrer av-setningen av det tverrbindende middel. Foretrukne suspen-sjonssmidler minimerer også synerese, separasjonen av det flytende medium, dvs. formiatoppløsningen, når dette danner et lag på toppen av konsentratet ved henstand.

Suspensjonsmiddelet kan være en polygorskittleire som f.eks. sepiolitt, attapulgitt og liknende eller en smektittleire som f.eks. hektoritt, montmorillonitt, saponitt, bentonitt og liknende. Suspensjonsmiddelet kan være en vannoppløselig polymer som vil hydratisere i og øke viskositeten av formiat-saltoppløsningene som f.eks. en syntetisert biopolymer, slik som xantangummi, et cellulosederivat, en naturlig polymer eller derivat derav, som f.eks. de gummier som avledes fra plantefrø. Forskjellige kombinasjoner av disse suspensjonsmidler kan anvendes i konsentratene ifølge oppfinnelsen.

De foretrukne konsentrater ifølge oppfinnelsen er foretrukket hellbare etter forsiktig omrøring, som f.eks. rysting eller rulling av beholderen inneholdende konsentratet, eller lav-skjærkraftblanding i store beholdere, dvs. at gelene må være skjøre hvis blandingen geldannes. Konsentrater som ikke geldannes er selvfølgelig hellbare og eksempler på konsentratene ifølge oppfinnelsen.

Konsentrasjonen av leire-suspensjonsmiddelet i konsentratene ifølge oppfinnelsen er fra omtrent 0,45 kg til omtrent 6,8 kg per 159 liter fat (omtrent 1 til omtrent 15 pund per 42 gallon fat) av konsentratene, foretrukket fra 0,91 kg til omtrent 5,44 kg per 159 liter fat (2 til omtrent 12 pund per 42 gallon fat) av konsentratene.

De foretrukne konsentrater inneholder et deflokkuleringsmiddel (deflokkulant). Deflokkuleringsmidlet minsker viskositeten og/eller gelstyrken av konsentratet, slik at hellbarheten av konsentratene forbedres og/eller det tillates at mere suspensjonsmidler kan innlemmes i konsentratene.

Kjente deflokkuleringsmidler effektive i saltoppløsnings-fluider er forskjellige syntetiske polymerer, kopolymerer eller telomerer. Generelt vil disse deflokkuleringsmidler inneholde minst en monomer som inneholder en anionisk funk-sjonell gruppe, som f.eks. en karboksylsyregruppe eller en sulfonsyregruppe. Se f.eks. de følgende U.S. patenter: 2 911 365; 3 730 900; 3 764 530; 4 680 128; 5 026 490 og 5 287 929; og patentene anført deri. U.S. patent nr. 3 730 900 omhandler således forskjellige kopolymerer med lav molekylvekt av styrensulfonsyre og malinsyreanhydrid og vannopp-løselige salter derav. U.S. patent nr. 3 764 53 0 omhandler visse ikke-halogenholdige akrylsyrepolymerer med lav molekyl vekt og vannoppløselige salter derav. U.S. patent nr. 4 680 128 omhandler visse kopolymerer av akrylsyre og vinyl-sulfonsyre, og alkalimetallsalter derav. U.S. patent nr. 5 026 490 omhandler visse polymerer med lav molekylvekt sammensatt av styrensulfonat (natriumsalt) monomer, maleinsyreanhydrid (enten som anhydridet eller disyren) og et zwitterionisk funksjonalisert maleinsyreanhydrid. U.S. patent nr. 5 2 87 92 9 omhandler kopolymerer av en første monomer og en andre monomer, hvori den første monomer er maleinsyreanhydrid, maleinsyre, akrylsyre eller metakrylsyre, og den andre monomer er sulfonert eten, sulfonert propen, sulfonert 1-buten, sulfonert 2-buten, sulfonert 1-penten, sulfonert 2-penten, sulfonert 2-metyl-1-buten, sulfonert 2-metyl-2-buten, sulfonert 3-metyl-1-buten, sulfonert cyklo-penten, sulfonert cykloheksen, sulfonert 1-heksen, sulfonert 2-heksen, sulfonert 3-heksen, sulfonert 2-metyl-l-penten, sulfonert 2-metyl-2-penten, sulfonert 2-metyl-3-penten, sulfonert 3-metyl-1-penten, sulfonert 3-metyl-2-penten, sulfonert 4-metyl-l-penten, sulfonert 3,3-dimetyl-l-buten, sulfonert 2,3-dimetyl-l-buten, sulfonert 2,3-dimetyl-2-buten, sulfonert 2-etyl-l-buten, sulfonert 1,3-butadien, sulfonert 1,3-pentadien, sulfonert 1,4-pentadien, sulfonert 2-metyl-1,3-butadien, sulfonert 2,3-dimetyl-1,3-butadien, sulfonert 2- etyl-butadien, sulfonert 2-metyl-1,3-pentadien, sulfonert 3- metyl-1,3-pentadien, sulfonert 4-metyl-1,3-pentadien, sulfonert 2-metyl-1,4-pentadien, sulfonert 3-metyl-l,4-pentadien, sulfonert 4-metyl-l,4-pentadien, sulfonert 1,3-heksadien, sulfonert 1,4-heksadien, sulfonert 1,5-heksadien, sulfonert 2,4-heksadien, eller sulfonert 1,3-5-heksatrien. Sulfonat- og karboksylatgruppene på kopolymerene kan være tilstede i nøytralisert form som alkalimetall- eller ammoniumsalter.

Konsentratene ifølge oppfinnelsen kan inneholde et antisyneresemiddel. Konsentrater av suspenderte faststoffer er kjent å "avgi"en klar væske ved aldring, en prosess kjent som synerese hvorved væske separerer fra konsentratet på grunn av kontraksjon av faststoff/væskeblandingen. Konsentratene ifølge oppfinnelsen fremviser foretrukket en maksimum synerese på 15 volum% ved statisk aldring av konsentratene i seksten timer ved 48,9°C (120°F).

Representative antisyneresemidler (antiavsetningsmidler) er kolloidale silikaprodukter og hydrofobe, overflatemodifiserte silikaprodukter, foretrukket kolloidale pyrolytiske silika produkter, og syntetiske vannoppløselige polymerer som generelt tilveiebringer viskositet til saltfrie vandige fluider men ikke i vesentlig grad øker viskositeten av formiat-saltoppløsningene anvendt i konsentratene ifølge oppfinnelsen.

Eksempelvise kolloidale silikaprodukter er angitt i Dobson, Jr. et al. U.S. patent nr. 5 72 8 652. Foretrukne kolloidale silkaprodukter er de pyrogene eller pyrolytiske kolloidale silikaprodukter. Foretrukne silikaprodukter har en største partikkelstørrelse mindre enn omtrent 100 nanometer. Silikapartiklene kan være løst aggregert til en størrelse omtrent 0,5 til 5 mikrometer, men når de innblandes i en væske deaggregerer de til partikler med størrelse mindre enn 100 nanometer. Konsentrasjonen av det eventuelle silika-produkt-antisyneresemiddel i konsentratene ifølge oppfinnelsen er fra 0 til omtrent 0,91 kg per 159 liter fat (0 til omtrent 2 pund per 42 gallon fat) av konsentratet, foretrukket fra omtrent 0,11 kg til omtrent 0,45 kg per 159 liter fat (omtrent 0,25 til omtrent 1 pund per 42 gallon fat) av konsentratet.

Eksempelvise syntetiske vannoppløselige polymerer som vil fungere som antiavsetningsmidler i konsentratene ifølge oppfinnelsen er akryliske polymerer og hydrofobt modifiserte akryliske polymerer, og olefiniske kopolymerlatekser som er vel kjent på området. Representative polymerer i form av en vandig 30 vekt% dispersjon eller emulsjon inkluderer RHEOLATE 450 hydrofobt modifisert alkalisvellbar akrylisk emulsjon, RHEOLATE 1 akrylisk emulsjon, og RHEOLATE 420 alkalisvellbar akrylisk emulsjon. EA-2118 er en representativ olefinisk kopolymersuspensjon/lateks. RHEOLATE produktene og EA-2118 kan oppnås fra Elementis Specialties, Inc., Hightstown, New Jersey, U.S.A. Konsentrasjonen av det eventuelle syntetiske vannoppløselige polymere antisyneresemiddel er fra omtrent 0 til omtrent 3,40 kg per 159 liter fat (omtrent 0 til omtrent 7,5 pund per 42 gallon fat) av konsentratet, foretrukket fra omtrent 0,23 kg til omtrent 2,27 kg per 159 liter fat (om trent 0,5 til omtrent 5,0 pund per 42 gallon fat) av konsentratet, på 100% faststoffbasis.

Konsentratene ifølge oppfinnelsen kan således omfatte en vandig formiat-saltoppløsning med en densitet på minst 1,14 kg per liter (9,5 pund per gallon), et tverrbindingsmiddel i en mengde fra omtrent 45,4 kg til omtrent 113,4 kg per 159 liter fat (omtrent 100 til omtrent 250 pund per 42 gallon fat) av konsentratet, et suspensjonsmiddel i en mengde fra omtrent0,91 kg til omtrent 6,8 kg per 159 liter fat (omtrent 2 til omtrent 15 pund per 42 gallon fat) av konsentratet, og eventuelt et deflokkuleringsmiddel i en mengde fra omtrent 0 til omtrent 4,54 kg per 159 liter fat (omtrent 0 til omtrent 10 pund per 42 gallon) av konsentratet, og også eventuelt et antisyneresemiddel som angitt i det foregående.

Foretrukne konsentrater ifølge oppfinnelsen omfatter en vandig formiatoppløsning med en densitet på minst omtrent 1,20 kg/liter (omtrent 10,0 pund per gallon), et boratfrigivende tverrbindingsmiddel i mengde fra 45,4 kg til omtrent 90,7 kg per 159 liter fat (100 til omtrent 2 00 pund per 42 gallon fat) av konsentratet, et leiresuspensjonsmiddel valgt fra gruppen bestående av hektoritt, sepiolitt, attapulgitt og blandinger derav, i en mengde fra omtrent 2,27 kg til omtrent 5,44 kg per 159 liter fat (omtrent 5 til omtrent 12 pund per 42 gallon fat) av konsentratet, et deflokkuleringsmiddel i en mengde fra omtrent 0,23 kg til omtrent 2,72 kg per 159 liter fat (omtrent 0,5 til omtrent 6 pund per 42 gallon fat) av konsentratet, og eventuelt et antisyneresemiddel i den foretrukne mengde angitt i det foregående.

Den foreliggende oppfinnelse inkluderer også brønnvedlike-holdsf luider , slik som fraktureringsfluider og gruspakkingsfluider, omfattende en vandig væske, en polysakkarid-tverrbindbar polymer hydratisert deri, og tverrbindingskonsentratet ifølge oppfinnelsen.

Generelt er de polysakkaridpolymerer som anvendes i den foreliggende oppfinnelse de som er kjent på området som angitt i det foregående. Foretrukket er galaktomannangummier inklusi-ve naturlig forekommende gummier og deres derivater. Mest foretrukket er polymerene valgt fra gruppen bestående av

guargummi og guargummiderivater, slik som hydroksypropylguar-gummi, karboksymetylguargummi og karboksymetylhydroksypropyl-guargummi. Polymeren er tilstede i vedlikeholdsfluidet i en mengde fra omtrent 0,06 til omtrent 0,72 vekt% av vannet i fluidet.

Mengden av tverrbindingskonsentratet i brønnbehandlingsfluid-et er fra omtrent 0,379 liter til omtrent 18,95 liter per 3790 liter (omtrent 0,1 gallon til omtrent 5 gallon per 1000 gallon) vann i brønnbehandlingsfluidet.

Den vandige væske anvendt for fremstilling av brønnvedlike-holdsf luidet inneholder foretrukket mindre enn omtrent 5 000 ppm salt. I den foretrukne operasjon blir det anvendt ferskvann som kan fås fra den lokale vannforsyning.

Brønnbehandlingsfluidene kan ytterligere inneholde andre materialer (tilsetningsstoffer) vel kjent på området, som de tidligere nevnte brytemidler, baktericider, korrosjons-inhibitorer, leirestabiliserende midler, overflateaktive midler, filtreringstap-tilsetningsstoffer og liknende. Generelt inneholder fluidene et proppemiddel som f.eks. keramiske materialer med høy styrke, sintret bauksitt, og sand, alt som vel kjent på området.

Fremstillingen og pumping av fraktureringsfluidet ifølge oppfinnelsen på feltet kan gjennomføres ved hjelp av hvilke som helst av to prosesser: kontinuerlig blanding eller porsjons-vis blanding. Den foretrukne prosess for å gjennomføre oppfinnelsen er ved den kontinuerlige blanding som beskrevet i det følgende.

I den kontinuerlige prosess trekkes vann som f.eks. fra den lokale vannforsyning fra en lagerbeholder ved en kjent strømningsmengde og den tverrbindbare polymer doseres ved en strømningsmengde beregnet til å gi den ønskede konsentrasjon av polymer i vannet. Polymeren vil generelt dispergere jevnt i vannet og hurtig hydratisere. I den kontinuerlige prosess er det nødvendig å oppnå hurtig hydratisering for hurtig å utvikle fluid viskositet for suspendering av proppematerial-ene ned gjennom brønnen og inn i frakturen og å generere en fraktur med tilstrekkelig bredde. Polymeren bør også være tilstrekkelig hydratisert før tverrbindingsreaksjonen foregår for å maksimere viskositeten av den tverrbundne gel.

De andre tilsetningsstoffer som f.eks. tverrbindingsmidler, overflateaktive midler, filtreringstap-tilsetningsstoffer, proppemidler, brytemidler, biosider, etc. tilsettes så til fluidet. Den resulterende blanding blir så pumpet ved en strømningsmengde tilstrekkelig til å initiere og forplante frakturen i den underjordiske formasjon.

I den porsjonsvise prosess blir den ønskede mengde kopolymer, som fås i handelen som et pulver eller granulert produkt eller en flytende emulsjon, dispergert i en tank (typisk 75 800 liter (20 000 gallon)) fylt med ferskvann eller vann fra den lokale vannforsyning og som sirkuleres i minst tredve minutter for å oppløse eller dispergere kopolymeren i vannet.

Med kopolymeren oppløst eller dispergert i vannet, igangsettes pumpeoperasjonene. Tverrbindingsmiddelsuspensjon og brytemiddel tilsettes til vannet i "flukten" slik at tverrbinding opptrer mellom overflaten og formasjonen. Den tverrbundne viskositet fremkalles ved en lokalitet under overflaten og er tilstrekkelig til å generere frakturen med ønsket lengde og geometri.

Etter nedbryting av formasjonen både i den kontinuerlige og porsjonsvise prosessen tilsettes proppemiddel til fluidet og føres til og avleires i frakturen. Brønnen blir så innstengt for å tillate at frakturen lukkes på proppemidlene og at brytemiddelet kan nedbryte den tverrbundne kopolymeren.

I noen operasjoner kan en syre eller oksidasjonsmiddel injiseres inn i formasjonen etter frakturbehandlingen for å øke polymernedbryt ingen.

I forbindelse med den foreliggende oppfinnelse blir en underjordisk formasjon eller sone penetrert av et borehull behandlet for å frembringe et ønsket resultat som f.eks. å danne en gruspakke inntil formasjonen for å hindre vandringen av finstoffene sammen med produserte fluider eller for å stimulere formasjonen eller sonen for å øke produksjonen av hydrokarboner derfra. Metodene omfatter i prinsippet trin-nene med å injisere gruspakkingsfluidet, som deretter nedbrytes til et lawiskositetsfluid, inn i formasjonen eller sonen gjennom borehullet, og deretter gjenvinne behandlingsfluidet med lav viskositet fra formasjonen eller sonen etter at behandlingen er blitt utført og behandlingsfluidet med høy viskositet er blitt brutt ned.

De følgende spesifikke eksempler skal illustrere oppfinnelsen og fordeler med oppfinnelsen og skal ikke begrense oppfinnel-sesomfanget. I disse eksempler og i denne fremstilling anvendes de følgende forkortelser: API = American Petroleum Institute; LSRV - Brookfield lav skjærkraft viskositet ved 0,03 omdreininger per minutt, 0,0636 sek"<1>i centipoise; Fann = Fann API Recommended Practice RP-31B viskositet ved 3 00 rpm; ppg = pund per gallon, ppb = pund per 42 gallon fat; gpb = gallon per 42 gallon fat; (°F = °Fahrenheit) ; °C = °Celsius; ml = milliliter; min = minutter; cp = centipoise; rpm = omdreininger per minutt; og g = gram.

I eksemplene inneholdt tverrbindingskonsentratene 79,3 kg (174,9 pund) uleksitt per 159 liter fat (42 gallon fat) av konsentratet (25,2 volum%) suspendert i den angitte mengde av en kaliumformiat-saltoppløsning. Densiteten av saltoppløs-ningen er 1,32 kg per liter (11,0 pund per gallon) i eksemplene 1 og 5, 1,14 kg per liter (9,5 pund per gallon) i eksempel 2 og 1,2 0 kg per liter (10,0 pund per gallon) i eksemplene 3 og 4.

Tverrbindingskonsentratene ble fremstilt ved å sammenblande suspensjonsmiddelet i formiat-saltoppløsningen i 28 minutter på en Hamilton Beach mikser, tilsette tverrbindingsmiddelet og blande i 5-15 minutter på en Brookfield overblander, tilsette det deflokkulerende middel og blande i 5-15 minutter på en Brookfield overblander, og tilsette det eventuelt anvendte antisyneresemiddel, og blande i 5-15 minutter på en Brookfield overblander. Mengden av hvert konsentrat var en fatekvivalent (350 milliliter).

Konsentratene ble generelt bedømt for deres lav-skjærhastig-het-viskositet (LSRV) målt med et Brookfield Model LVTDV-1 viskosimeter med en nummer 2 LV spindel ved 0,3 omdreininger per minutt, idet avlesningen ble tatt etter to minutter, og Fann viskositet ved 3 00 omdreininger per minutt målt ved hjelp av en Model 35A Fann viskosimeter etter omrøring av konsentratene i ett minutt ved moderat skjærkraft med en Brookfield overblander. Separasjons-, suspensjons- og gel-dannelseskarakteristikker av konsentratene ble målt som følger: Konsentratet ble anbrakt i en 400 grams (12 unser) glasskrukke. Høyden av konsentratet i krukken er 8,89 cm (3,5 tommer) i dybden. Krukken ble deretter påsatt lokk og ble statisk aldret i 16 timer ved 48,9°C (120°F), fjernet fra ovnen og avkjølt i en time. Syneresen ble så målt. Gel-dannelsen av konsentratprøven ble så indikert ved forsiktig rysting eller omrøring av prøven. Hvis konsentratet blir frittstrømmende og hellbart indikerer dette en akseptabel gelstyrke.

Noen av konsentratene ble bedømt på deres tverrbindingseffekt på et typisk brønnbehandlingsfluid inneholdende 20 g/l (166,7 pund per 1000 gallon) (5 gram) KC1 og 4,8 g/l (40 pund per 1000 gallon) (1,2 gram) av guargummi (JAGUAR 308 NB som kan fås fra Rhodia, Princeton, New Jersey, U.S.A.) i 114 1 (30 gallon) ekvivalent (250 milliliter) vannledningsvann fra Houston, Texas. Fluidet ble blandet med lav hastighet på en Waring mikser i et minimum på 15 minutter for å hydratisere guargummien. pH av fluidet var 8,0. Deretter økes en Variac spenningsregulator sakte for å danne en virvel i en tredjedel inntil rørverkbladet avdekkes. Deretter tilsettes 0,3 milliliter av tverrbindingskonsentratet mens en stoppeklokke igangsettes. Den tid det tar for å lukke virvelen og for at toppen av fluidet skal bli statisk måles. Disse er angitt i

tabellene som henholdsvis X link V og X link ST.

Eksempel 1

Tverrbindingkonsentrater ble fremstilt ved sammenblanding av 0,748 fatekvivalenter (261,8 milliliter) av en 1,32 kg/l (11,0 pund per gallon) kaliumformiatoppløsning med 8,6 g/l (3 pund per 42 gallon fat) (3 gram) sepiolittleire (SEA-MUD, et produkt fra Industrial Mineral Ventures (IMV), et datter-selskap av Floridan Company, Las Vegas, Nevada, U.S.A.), 11,4 ml/l (0,48 gallon per 42 gallon fat) (4 milliliter) av NALCO 9762 deflokkuleringsmiddel (som kan fås fra ONDEO NALCO, Sugarland, Texas, U.S.A.), hvor konsentrasjonene av de kolloidale silikaprodukter er angitt i tabell 1, og 0,5 kg/l (174,9 pund per 42 gallon fat) konsentrat (174,9 gram per 350 milliliter) av finmalt uleksitt. De oppnådde data er angitt i tabell I.

Etter oppvarming i 16 timer ved 49°C ( 120°F) og avkjøling i en time

Eksempel 2

Tverrbindingkonsentrater ble fremstilt ved sammenblanding av 0,748 fatekvivalenter (261,8 milliliter) av en 1,14 kg/l (9,5 pund per gallon) kaliumformiat-saltoppløsning med enten 11,4, 14,25, 17,1 eller 19,95 g/l (4, 5, 6 eller 7 pund per 42 gallon fat) attapulgittleire (FLORIGEL, HY, et produkt fra Floridan Company, Quincy, Florida) (henholdsvis 4, 5, 6 eller 7 gram) av konsentratet. De oppnådde data er angitt i tabell

II.

Etter oppvarming ved 49°C( 120°F) og avkjøling i en time

Eksempel 3

Et tverrbindingskonsentrat ble fremstilt ved sammenblanding av 0,75 fatekvivalenter (262,5 milliliter) av en 1,2 kg/l (10,0 pund per gallon) kaliumformiatoppløsning med enten 26 g/l (9 ppb) (9 gram) eller 31 g/l (11 ppb) (11 gram) av sepiolittleire (SEA-MUD), 0,5 kg/l (174,9 ppb) finmalt uleksitt (174,9 gram per 350 milliliter konsentrat) og 9 mg/l (0,38 gpb) (3,2 milliliter) NALCO 9762 deflokkuleringsmiddel. Data er angitt i tabell III. Etter oppvarming i 16 timer ved 49°C og avkjøling i en time

Eksempel 4

Et tverrbindingskonsentrat ble fremstilt ved sammenblanding på en Hamilton Beach mikser ved lav skjærkraft av 0,482 fatekvivalenter (168,63 milliliter) av en mettet vandig oppløs-ning av uleksitt og 18 g/l (6,25 ppb) (6,25 gram) renset hektorittleire (BENTONE MA, et produkt fra Elementis Specialties, Hightstown, New Jersey, U.S.A.) i 15 minutter. Deretter ble det i porsjoner med fem minutters mellomliggende blanding ved hjelp av en Brookfield overblander mellom til-setningene tilsatt 0,268 fatekvivalenter (93,87 milliliter) av en 1,56 kg/l (13,0 ppg) kaliumformiat-saltoppløsning, 3,42 ml/l (0,144 gpb) (1,2 milliliter) ZONYL FSG (som kan fås fra DuPont, Wilmington, Delaware, U.S.A., et fluorholdig over-flateaktivt middel), 0,5 kg/l (174,9 ppb) finmalt uleksitt (174,9 gram) og 8 ml/l (0,336 gpb) (2,8 milliliter) NALCO 9762 deflokkuleringsmiddel. Den initiale LSRV og Fann 300 rpm viskositet var henholdsvis 36,392 Pa.s (36392 cp) og 0,042 Pa.s (42 cp). Etter aldring i 16 timer ved 49°C og avkjøling fremviste konsentratet ikke noen geldannelse og ingen avsetning og omtrent 3,5% synerese.

Claims (10)

1. Konsentrat for tverrbinding av polymerer i vandige opp-løsninger, karakterisert vedat det omfatter: en alkalimetallformiatoppløsning, et tverrbindingsmiddel suspendert deri, og et suspensjonsmiddel, hvori suspensjonsmidlet er et leiremineral valgt fra gruppen bestående av smektittleirer, polygorskittleirer, og blandinger derav.

2. Konsentrat ifølge krav 1, hvori konsentratet er hellbart eller, om det er geldannet, fremviser skjøre geler slik at konsentratet kan helles etter forsiktig omrøring eller blanding med lav skjærkraft.

3. Konsentrat ifølge krav 2, hvori alkalimetallformiatoppløsningen er en kaliumformiatoppløsning med en densitet på minst 1,14 kg per liter (9,5 pund per gallon).

4 . Konsentrat ifølge krav 3, hvori tverrbindingsmidlet er et tungtoppløselig alkalimetallborat eller et alkalimetall-jordalkalimetallborat i en mengde fra 45,4 kg til 113,4 kg per 159 liter fat (100 til 250 pund per 42 gallon fat) av konsentratet.

5. Konsentrat ifølge krav 1, hvori konsentrasjonen av suspensjonsmidlet er i en mengde fra 0,91 kg til 6,8 kg per 159 liter fat (2 til 15 pund per 42 gallon fat) av konsentratet.

6 . Konsentrat ifølge krav 4, hvori suspensjonsmidlet er en leire valgt fra gruppen bestående av hektoritt, sepiolitt, attapulgitt, og blandinger derav.

7. Konsentrat ifølge krav 6, som inneholder fra 0,23 kg til 2,72 kg per 159 liter fat (0,5 til 6 pund per 42 gallon fat) av konsentratet av et deflokkuleringsmiddel.

8. Konsentrat ifølge krav 7, som inneholder et antisyneresemiddel.

9. Fluid, karakterisert vedat det omfatter en vandig væske som har hydratisert deri en galaktomannangummi eller derivat derav, idet gummien er tverrbundet med konsentratet ifølge krav 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 eller 8, og hvori fluidet er valgt fra et brønnvedlikeholdsfluid og et fraktureringsfluid.

10. Fremgangsmåte for fremstilling av et formiatholdig fraktureringsfluid, karakterisert vedat den omfatter hydratisering av en galaktomannangummi eller derivat derav i en vandig væske og deretter tverrbinding av galaktomannangummien med konsentratet ifølge krav 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 eller 8.