NO341755B1 - Avleiringstrykkbehandlingssammensetning - Google Patents

Abstract

En vandig sammensetning for behandling av hydrokarbonbrønner som omfatter et vandig medium, en avleiringsinhibitor og en guar. Guaren kan være en ikke-derivatisert guar eller en derivatisert guar bestående av kationiske eller ikke-ioniske substituentgrupper og foreligger fra 0,1 prosent til et maksimum på 50 prosent. I tillegg foreligger avleiringsinhibitoren fra 1 til 50 prosent.

Description

Foreliggende oppfinnelse omhandler behandlingen av hydrokarbonholdige formasjoner. Mer spesielt omhandler oppfinnelsen fluider som anvendes for å optimalisere produksjonen av hydrokarbon fra en formasjon, kjent som brønnkompletteringsfluider. Oppfinnelsen omhandler spesifikt avleiringsinhiberingsbehandlingssammensetninger.

Kontakt av ulike uorganiske forbindelser som foreligger i hydrokarbonbærende bergformasjoner med forbindelser som foreligger i oljefeltprosessfluider, så som sjøvann, fører noen ganger til dannelsen og utfellingen av "avleiring", det vil si, vannuløselige salter, så som bariumsulfat og kalsiumkarbonat, som kan tette til formasjonens porøsitet og inhibere strømmen av hydrokarboner fra formasjonen til borebrønnen. Avleiringsinhibitorer anvendes i oljefelter for å kontrollere eller forhindre avleiringsavsetning i produksjonskretsen eller kompletteringssystemet. Avleiringsinhibitorkjemikalier kan bli kontinuerlig injisert gjennom et nedhulls injeksjonspunkt i kompletteringen, eller periodiske trykkbehandlinger kan foretas for å plassere inhibitoren i reservoarmatriksen for påfølgende sammenblanding med produserte fluider. Noen avleiringsinhibitorsystemer integrerer avleiringsinhibitorer og bruddbehandlinger til ett trinn, som garanterer at hele brønnen blir behandlet med avleiringsinhibitor. I denne typen behandling, blir en høy-effektiv avleiringsinhibitor pumpet inn i matriksen som omgir bruddoverflaten i løpet av avlekking. Den adsorberer til formasjonen i løpet av pumping inntil bruddet begynner å produsere vann. Ettersom vann passerer gjennom den inhibitor-adsorberte sonen, løser det opp tilstrekkelig inhibitor til å forhindre avleiringsavsetning. Inhibitoren blir bedre plassert enn i en konvensjonell avleiringsinhibitor trykkbehandling, som reduserer re-behandlingskostnaden og forbedrer produksjon.

Avleiringsinhibitor trykkbehandlingsfluider er typisk Newtonske fluider som har vanskeligheter med å nå lavpermeabilitetsregioner i hydrokarbonformasjoner, spesielt horisontale hydrokarbonbrønnformasjoner. Som et resultat er trykkbehandling med slike fluider ikke effektiv i disse regionene og kan forårsake avsetningen av avleiring som deretter kan blokkere disse regionene og resultere i reduserte produksjonsrater.

SPE artikkel 94593 beskriver anvendelse av fullstendig viskositetsøkede avleiringstrykkbehandlingsfluider for å hjelpe til med å optimalisere trykkbehandlingen ved å tillate at fluidet når lavpermeabilitetsregionen og de horisontale soner. Denne SPE artikkelen beskriver bruk av en xantanpolymer for å plassere avleiringsinhibitor i en horisontal brønn. Artikkelen innrømmer imidlertid at xantanen trengte en bryter for å gjenvinne alt av den. Det å etterlate slike forbindelser i brønnen kunne så være skadelig for formasjonen som til slutt vil redusere produksjonseffektiviteten.

US 5,226,481 vedrører en fremgangsmåte for å øke stabiliteten til vannbaserte fraktureringsfluider hvorved det formuleres et basis-fraktureringsfluid ved sammenblanding av et hardt blandevann inneholdende flerverdige kationer, en vannoppløselig polymer og et tverrbindingsmiddel for den vannoppløselige polymeren. Et vannbløtgjøringsmiddel tilsettes til basisfraktureringsfluidet og dette hindrer de i det harde blandevannet tilstedeværende flerverdige kationers evne til å konkurrere med den vannoppløselige polymeren for boratbasert tverrbindingsmiddel, hvorved det resulterende fraktureringsfluidet stabiliseres.

Det ville være av stor kommersiell verdi og viktighet å tilveiebringe en hydrokarbonformasjonsbehandling avleiringsinhiberingssammensetning og fremgangsmåte for anvendelse av den sammensetningen i en trykkbehandling som bruker lett tilgjengelige, økonomiske, lett modifiserte eller tilpassede reologimodifiserere.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en avleiringstrykkbehandlingssammensetning for behandling av hydrokarbonbrønner, som omfatter et vandig medium, en avleiringsinhibitor og en guar valgt fra hydroksypropyl trimetylammoniumguar, hydroksypropyl lauryldimetylammoniumguar, hydroksypropyl stearyldimetylammoniumguar og blandinger derav.

DETALJERT BESKRIVELSE

Typisk vil vann være en hovedmengde på vektbasis av behandlingssammensetningen. Vann foreligger typisk i en mengde på vektbasis på omkring 50 % eller mer, og mer typisk omkring 80 % eller mer, på vektbasis av behandlingssammensetningen. Vannet kan være fra enhver kilde så lenge kilden ikke inneholder noen forurensninger som er kjemisk eller fysisk inkompatible med de andre komponenter i fluidet (f.eks. ved å forårsake uønsket utfelling). Vannet trenger ikke å være drikkbart og kan være brakk og inneholde salter av slike metaller som natrium, kalium, kalsium, sink, magnesium, etc. eller andre materialer typisk for vannkilder funnet i eller nær oljefelter.

Anvendelse av fullstendig viskositetsøkede avleiringsinhibitorløsninger forbedrer plasseringen av avleiringsinhibitoren i løpet av trykkbehandlingene. Guarer er kompatible med typiske avleiringsinhibitorer og har den fordel at de minimerer skaden til formasjonen og opprettholder høy konduktivitet etter behandlingen og tilveiebringer utmerket fluidtilbakestrøm. Guarer er velkjente, naturlige galaktomannanpolysakkaridpolymerer som anvendes for å modifisere viskositet av fluider og generere geler.

Guarer kan være ikke-derivatiserte guarer, derivatiserte guarer, så som kationiske guarer, karboksyalkylguarer og hydroksyalkylguarer og depolymeriserte guarer eller guarer med redusert molekylvekt.

Guarer kan være et ikke-derivatisert galaktomannanpolysakkarid eller et derivatisert galaktomannanpolysakkarid som er substituert ved ett eller flere seter av polysakkaridet med en substituentgruppe, uavhengig valgt for hvert sete.

Substituentgrupper kan være kationiske substituentgrupper så som kvaternære ammoniumgrupper, ikke-ioniske substituentgrupper, så som hydroksyalkylgrupper, og anioniske substituentgrupper, så som karboksyalkylgrupper.

Guarkomponenten ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter en derivatisert guar valgt fra hydroksypropyl trimetylammoniumguar, hydroksypropyl lauryldimetylammoniumguar, hydroksypropyl stearyldimetylammoniumguar, og blandinger derav. Guaren en derivatisert polykationisk guar som omfatter kationiske substituentgrupper. Egnede guarer er kommersielt tilgjengelige og inkluderer for eksempel en kationisk guar, Jaguar™ C-17 guar, tilgjengelige fra Rhodia Inc.

I én utførelsesform viser den derivatiserte guar ifølge foreliggende oppfinnelse en total substitusjonsgrad ("DST") på fra omkring 0,001 til omkring 3,0, hvori:

DST er summen av DS-en for kationisk substituentgrupper ("DSkationisk"), DS-en for ikke-ioniske substituentgrupper ("DSikke-ionisk") og DS-en for anioniske substituentgrupper ("DSanionisk").

DSkationisk er fra 0 til omkring 3, mer typisk fra omkring 0,001 til omkring 2,0, og enda mer typisk fra omkring 0,001 til omkring 1,0,

DSikke-ionisker fra 0 til 3,0, mer typisk fra omkring 0,001 til omkring 2,5, og enda mer typisk fra omkring 0,001 til omkring 1,0, og

DSanionisker fra 0 til 3,0, mer typisk fra omkring 0,001 til omkring 2,0.

Som anvendt her, betyr uttrykket "substitusjonsgrad" antallet substituentgrupper per sakkaridenhet av guar polysakkarid.

I én utførelsesform har guaren en molekylvekt på mer enn omkring 1.000.000 gram per mol, mer typisk på fra omkring 1.500.000 til omkring 2.500.00 gram per mol.

I én utførelsesform er guaren en guar med redusert molekylvekt som har en molekylvekt på mindre enn omkring 1.000.000 gram per mol.

I én utførelsesform omfatter avleiringsbehandlingssammensetningen ifølge foreliggende oppfinnelse en mengde guar tilstrekkelig til å øke viskositeten av sammensetningen, som målt under lavskjærbetingelser til en verdi på fra større enn 0,01 til 0,1 Pa∙s (10 til 100 centiPoise ("cp")), mer typisk fra 0,01 til 0,05 Pa∙s (10 til 50 cp) og enda mer typisk fra 0,01 til 0,02 Pa∙s (10 til 20 cp). Som anvendt her, betyr "lavskjærbetingelser" en skjærrate på mindre enn eller lik omkring 100 resiproke sekunder ("s<-1>").

Avleiringsbehandlingssammensetningen ifølge foreliggende oppfinnelse viser typisk en ikke-Newtonsk, skjær-fortynnende viskositet. I én utførelsesform, er viskositeten av avleiringsbehandlingssammensetningen, som målt ved en skjærrate på mer enn 100 s<-1>, mer typisk mer enn 150 s<-1>("høyskjærbetingelser"), mindre enn viskositeten av avleiringsbehandlingssammensetningen som målt under lavskjærbetingelser.

I én utførelsesform, omfatter avleiringsbehandlingssammensetningen fra omkring 0,1 til omkring 50 vektprosent ("vekt-%"), mer typisk fra omkring 0,1 til omkring 20 vekt-%, enda mer typisk fra omkring 0,1 til omkring 10 vekt-%, guar.

Avleiringsinhibitorkomponenten i avleiringsbehandlingen ifølge foreliggende oppfinnelse kan være enhver kjent avleiringsinhibitor, inkludert for eksempel fosfatesteravleiringsinhibitorer, så som trietanolaminfosfat og salter derav, fosfonsyrebaserte avleiringsinhibitorer, så som aminometylenfosfonsyre, 1-hydroksyetyl-1,1-difosfonsyre og salter derav, 2-hydroksyetylamino bismetylenfosfonsyre og salter derav, fosfonokarboksylsyrer, og polymere polyanioniske avleiringsinhibitorer. Egnede polymere polyanioniske avleiringsinhibitorer inkluderer homopolymerer og kopolymerer som omfatter monomere enheter avledet fra vannløselige eller delvis vannløselige etylensk umettede monomerer som har en anionisk substituentgruppe, så som for eksempel, akrylsyre, vinyl sulfonsyre, metakrylsyre, maleinsyre, itakonsyre, fumarsyre, vinylacetat, allylalkohol, allylsulfonsyre, vinylfosfonsyre, vinyliden difosfonsyre.

I én utførelsesform omfatter avleiringsinhibitoren én eller flere forbindelser valgt fra dietylen triaminpentakis(metylenfosfonsyre)r eller salter derav, så som natrium dietylentriaminpentakis(metylenfosfonat, 2, fosfonobutan-1,2,4-trikarboksylsyre, homopolymerer av ”acylic” syre, maleinsyre eller vinylsulfonsyre, kopolymerer av vinylfosfonsyre og vinylsulfonsyre, kopolymerer av maleinsyre og allylsulfonsyre, kopolymerer av vinylfosfonsyre og vinylsulfonsyre, fosfonsyreterminerte oligomerer, så som

og fosfonsyreterminerte polymerer, så som for eksempel,

hvori X er H eller et anion og x og y er valgt for å oppnå et forhold og MW som gir optimal ytelse, typisk er x y større enn eller lik 2 og mindre enn eller lik 500.

Avleiringsbehandlingssammensetningen ifølge foreliggende oppfinnelse omfatter en mengde avleiringsinhibitor som er effektiv til å inhibere avleiringsdannelse under bruksbetingelsene. Mer typisk omfatter avleiringstrykkbehandlingssammensetningen ifølge foreliggende oppfinnelse fra omkring 0,01 til omkring 50 vekt-%, mer typisk fra omkring 1 til omkring 20 vekt-% av avleiringsinhibitoren.

I én utførelsesform omfatter avleiringsbehandlingssammensetningen ifølge foreliggende oppfinnelse én eller flere avleiringsinhibitorer, én eller flere guarer og vann. Sammensetningen kan eventuelt videre omfatte andre additiver kjent innen faget, så som for eksempel, surfaktanter, korrosjonsinhibitorer og brytere, så som enzymer eller oksideringsmidler.

I én utførelsesform, anvendes avleiringsbehandlingssammensetningen ifølge foreliggende oppfinnelse ved injisering av sammensetningen, enten kontinuerlig eller periodisk, til en hydrokarbonbærende (bærende) bergformasjon for å inhibere avleiringsavsetning i formasjonen.

Guarer kan anvendes med avleiringsinhibitor trykkbehandlingsløsning for å øke viskositeten og deretter forbedre plasseringen av slike løsninger i horisontale brønner. Fordelene ved anvendelse av guarer er deres lette tilgjengelighet ved lav kostnad, at de enkelt modifiseres, har forbedret skjærfortynnende profil og robust salttoleranse. Som et resultat vil slik fluid ikke kreve anvendelsen av noen bryter. I tillegg er guarer som for tiden anvendes i fraktureringsfluider kjent for å unngå formasjonsskade ved å opprettholde høy konduktivitet. Det antas dessuten at utførelsesformer som omfatter en polykationisk guar tilveiebringer en tilleggsfordel ved at den polykationiske guar virker som et koplingsmiddel for å tilveiebringe forbedret retensjon av anioniske avleiringsinhibitorer på anioniske bergformasjonsoverflater, så som silikatformasjonsoverflater. Til slutt undergår guarer ikke dekomponering ved høy skjærrate som kan være tilfellet for andre polymerer, så som poly(akrylamid)polymerer.

EKSEMPLER

De følgende eksempler hvor alle deler og prosentandeler er på vektbasis med mindre noe annet er indikert illustrerer noen få utførelsesformer av oppfinnelsen.

Eksempel 1 - Viskositetsmålinger

En rekke sammensetninger ble laget ved kombinering av vann, en guarpolymer (Jaguar™ C-17 guar (”G-1”), Jaguar™ HP-120 guar ("G-2"), hver et kommersielt produkt tilgjengelig fra Rhodia Inc., eller en hydroksypropylguar som har en molekylær substitusjon på 2,0 ("G-3")) og en avleiringsinhibitor (løsninger var 10 % aktiv løsning av fosfonat ende-dekket polymer ("Sl-1, Aquarite ESL varemerke) og 10 % aktiv løsning av en fosfonat avleiringsinhibitor, det vil si, dietylentriamin tetrakis(metylenfosfonsyre ("SI-2", Briquest 543-45AS varemerke)). Hver av sammensetningene ble laget som følger. Først ble 200 ml avleiringsinhibitorløsning tilsatt til en 1 l glassbeholderkrukke plassert på en Warring laboratorieblender med to hastigheter. Deretter ble 0,1-1 vekt-% aktiv av guarpolymer tilsatt til krukken. Blenderhastigheten ble gradvis justert ~5000 rpm over omkring 20 sekunder. Blanding fikk forekomme ved denne hastigheten de første 2 minuttene. Deretter ble blenderhastigheten satt til omkring 10.000 RPM i ytterligere 1 minutt. Fluidet ble deretter tømt og lagret i en plastbeholder inntil prøven er fullstendig avluftet.

Deretter ble hver av de 200 ml avluftede prøver av de eksempelvise sammensetninger tømt i et 250 ml begerglass for analyse på et Ofite modell 900 viskometer. Ofite viskometeret måler couettestrømmen mellom koaksiale sylindere. Målinger ble utført ved omgivelsestemperatur med varierende skjærhastigheter/ rpm.

Tabell 1 oppsummerer viskositetsresultatene, uttrykt i Pascal sekunder (centipoise (CP)), oppnådd med ulike vandige løsninger av 0,3 vekt-% guarpolymer og 10 vekt-% inhibitorer, som målt under forskjellige skjærbetingelser, uttrykt som rpm for viskometeret og skjærhastigheten.

Tabell 1 - Reologiresultater

* Sammenligningseksempler

Resultatene vist i tabell 1 viser at med bare 0,3 % av de ulike guarpolymerer, kunne begge avleiringsinhibitorløsninger få øket viskositet. G-1 guar, som er en polykationisk guar, viste spesielt gode resultater. Resultatene viste også en skjærfortynnende profil hvori løsningens viskositet avtok med økende skjærrate.

Eksempel 2

Ideelt skulle viskositetsmodifisereren ikke endre ytelsen av avleiringsinhibitorene for den tenkte anvendelse. Virkningen av guarpolymerene på ytelsen av hver avleiringsinhibitor ble evaluert. To typiske tester for trykkbehandlingsavleiringsinhibitorer ble valgt:

• A. Inhibering av barium og strontiumsulfatavleiring (statisk test)

• B. Adsorpsjon på sandstein

A. Inhibering av barium- og strontiumsulfat

Test saltløsninger var sjøvann (SW) og et 2.000 ppm Ca<2+>, formasjonsvann (FW), et moderat avleirende formasjonsvann. Saltløsninger ble laget separat og deres sammensetning er gitt i tabellen under.

Inhibitor bruksløsninger på 10.000 ppm (basert på SI aktiv ingrediens) ble laget i Dl vann. Avleiringsinhibitorløsningene var de samme som viskositeten ble målt for.50 ml SW ble målt og overført til en plastflaske og den passende mengde inhibitorbruksløsning ble tilsatt. En blank (ingen inhibitor) og en kontroll (bare 50 ml Dl vann) ble også fremstilt. Deretter ble 50 ml FW overført til en separat plastflaske og 1 ml bufferløsning ble tilsatt for å regulere pH-verdien til 5,5. Alle plastflaskene ble plassert i ovnen ved 95°C i minst 1 time. Deretter ble hver SW løsning tømt inn i én FW løsning.

Prøver ble tatt etter 2 og 22 timer. En 1 ml prøve ble tatt med en 1 ml automatisk pipette. Denne ble injisert til et plastprøverør som inneholder 9 ml av en forhåndsfremstilt quencheløsning (28,559 g KCI, 5 g ScaleTreat 810 PVS i destillert vann, justert til pH = 8,0 - 8,5 med NaOH og fylt opp til 5 liter i en 5 liters volumetrisk kolbe). Et lokk ble plassert på prøverøret og løsningen ble godt blandet. Hver prøve ble analysert for resterende barium/strontium ved ICP analyse innen 48 timer.

BaSO4 og SrSO4 avleiringsinhiberingseffektiviteten ble deretter beregnet ifølge ligning (5.1):

% effektivitet = [M<2+>i prøve] - [M<2+>]minx 100 (5.1)

[M<2+>]maks– [M<2+>]min

M<2+>= Sr<2+>eller Ba<2+>

[M<2+>]maks= M<2+>innhold av maksimum (FW/H2O) kontroll

[M<2+>]min= M<2+>innhold av minimum (FW/SW) blank.

Resultatene i tabellen under viser at forekomsten av de ulike guarpolymerer ikke betydelig påvirker ytelsen av avleiringsinhibitoren enten den var SI-1 eller SI-2.

B. Adsorpsjon på sandstein

10 g av syrevasket knust Clashach sandstein, med en partikkelstørrelse på 150-500 mikron, blir blandet med 20 ml av 500 ppm avleiringsinhibitor bruksløsningen (justert ved den ønskede pH-verdi) i en plastflaske, plassert i en tett forseglet flaske og varmet opp i en ovn ved 90 ºC og i 24 timer.

Etter denne tiden, blir prøvene filtrert under vakuum gjennom et 0,45 μm membranfilter. Filtrering utføres ved den spesifikke interessante temperatur i forsøket. Den filtrerte supernatanten blir analysert for avleiringsinhibitorinnholdet som ved anvendelse av formelen under gir mengden inhibitor adsorbert i ppm/mg sand.

Adsorpsjon (mg polymer/gram sand)

=

Cinnledende= 500 ppm, Vløsning= 20 ml, Msand= 10 g

Resultatene oppsummert under viste at ingen av guarpolymerene betydelig endret adsorpsjonen av noen av de to avleiringsinhibitorene.