NO761154L

NO761154L -

Info

Publication number: NO761154L
Application number: NO761154A
Authority: NO
Inventors: E J Van De Kraats; Jr W M Sawyer
Original assignee: Shell Int Research
Priority date: 1975-04-07
Filing date: 1976-04-05
Publication date: 1976-10-08
Also published as: GB1537097A; NL7603513A; DE2614630A1; US3984333A; CA1073653A

Description

Fremgangsmåte ved fortrengning av fluidum i en underjordisk formasjon.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved fortrengning av fluidum i en underjordisk formasjon ved hjelp av en fortykket, vandig oppløsning som injiseres i formasjonen. Den er nyttig i praktisk talt hvilken som helst brønnbehandling eller oljeutvinningsfremgangsmåte i hvilken reservoarfluidum fortrenges, spesielt i et relativt tett og varmt.reservoar.

Ved kjente oljefortrengningsmetoder anvendes vandige oppløs-ninger fortykket med vannoppløselige polymerer. Det har imidlertid vist seg at den polymere vannfortykker ofte utsettes for skjær-nedbrytning når oppløsningen tvinges igjennom brønnledninger og inn i de relativt fine porer i reservoaret. Reservoaret.ha r ofte en permeabilitet på under 1 darcy. Når væsker injiseres ved kommersielt godtagbare hastigheter, er skjærvirkningene ofte be-traktelige. Videre utsettes i slike reservoarer fortykkeren vanligvis for hydrolysebetingelser. Eksempelvis kan fortykkeren bli oppvarmet fra ca. 50° til 80°C under relativt høyt trykk i tidsrom fra ca. 4 til 10 år. Endelig inneholder vannet i slike reservoarer

ofte salt som er tilbøyelig til å felle et polymert vannfortyk-ningsmiddel eller nedsette dets viskositetsøkende evne.

På grunn av de hårde fysikalske og kjemiske krav, pluss behovet for en relativt lav pris, er bare noen få polymere vann-fortykningsmidler blitt prøvet i oljeutvinningsprosesser. Disse er polyacrylater, som delvis hydrolyserte polyacrylamider, og polysaccharider som xanthan-polymerene. Polyacrylatene har relativt lave skjær- og kjemiske stabilitet er, og polysaccharidene

inneholder poretilstoppende partikler som er vanskelige å fjerne.

I SPE Paper No. 4748, av Hill, Brew, Claridge, Hite og Pope, fremlagt ved "April 1974 Symposium on Oil Recovery", er det angitt at polyacrylamider er utsatt for mekanisk nedbrytning og kan bli alvorlig nedbrutt når de injiseres gjennom snevre innløpsavslut-ninger ved noen brukshastigheter. Bevegelighetsregulerings- mekanismer er komplekse og krever forsiktig vurdering for hver enkelt anvendelse. Som vist av Jennings et al. (Journal Petroleum Technology, March 1971, 391-401), kan anvendelsen av polyacryl-amidpolymerer i høypermeabel sten kreve store konsentrasjoner av polymer for å oppnå tilstrekkelig mobilitetsreguleririg. Denne situasjon er særlig forverret når høypermeableStener og en sterkt saltholdig, vandig fase begge er en del av totalmiljøet ved anvendelsen. Endelig er stabiliteten av. polyacrylamidoppløsninger for lange reservoartider ved høy temperatur (over 60°C) ikke tilstrekkelig fastlagt og/eller bevist.

Biopolymerer har følgende potensielle fordeler:

(1) mobilitetsreguleringsmekanismen synes å være den for viskositet soppbygning alene; hvorved oppbygning og kontroll forenkles; (a) viskositeten, som vist av Jennings (ovenfor), er ikke så føl-som overfor høye saltkonséntrasjoner; og (3) oppløsningene er ikke så følsomme overfor mekanisk nedbrytning som polyacrylamidopp-løsninger. Men imot disse mulige fordeler ved biopolymerene, er spørsmål angående filtrerbarhet-injiserbarhet, geldannelse i vandige miljøer inneholdende flerverdige kationer og langtids-stabilitet eller motstandsdyktighet overfor kjemisk forandring i reservoarmiljøet.

Målet ved foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte ved fortrengning av fluidum i et underjordisk reservoar ved hjelp av en fortykket, vandig oppløsning som ikke oppviser slike ulemper.

I henhold til oppfinnelsen fortykkes oppløsningen som skal injiseres i formasjonen for fortrengningsformål, ved å oppløse en i det vesentlige vannoppløselig blokk-copolymer i en vandig væske, i en mengde slik at oppløsningen har en valgt viskositet ved reservoartemperaturen. Blokk-copolymeren inneholder relativt vannoppløselige og relativt vann-uoppløselige polymerblokker. Preparatene og mengdene av polymerblokkene er slik at molekylene av blokk-copolymeren har en valgt grad av skjær-kjemisk stabilitet ved reservoartemperaturen.

Oppfinnelsen er i det minste delvis.bygget på følgende opp-dagelse. En vandig oppløsning kan.fortykkes effektivt ved å opp-løse i oppløsningen en blokk-copolymer bestående.av polymerblokker med minst to kjemisk forskjellige sammensetninger slik at noen av blokkene er relativt vannoppløselige mens andre er relativt vann- uoppløselige. I en vandig oppløsning av en slik copolymer er

nærværet av de relativt vann-uoppløselige blokker i copolymeren tilbøyelige til å bevirke dannelsen av grupper av polymermolekyler.

De vannoppløselige deler blir gruppert sammen slik at de oppløste polymerer, oppfører seg som om de har en relativt høy molekylvekt og fortykningsevne. Men, når en vandig oppløsning av en slik copolymer utsettes for en høy grad av skjær, skilles gruppene i så lang tid som skjærhastigheten forblir høy. så snart som skjærhastigheten senkes, gjendannes gruppene, og oppløsningens viskositet øker til den som oppnåes når polymergruppene virker som opp-løste makromolekyler.

Denne eiendommenlige oppførsel er særlig fordelaktig i en fremgangsmåte i hvilken et. Relativt stort volum av fortykket opp-løsning injiseres i et underjordisk reservoar.. Ved en ønskelig høy injeksjonshastighet utsettes oppløsningen for en relativt høy grad av skjær som den trenger inn i porene i reservoaret . I foreliggende fremgangsmåte bevirker -skjæringen at gruppene av de opp-løste blokk-copolymerer skilles. Oppløsningen er skjærtynnende og injiseres lett ved en relativt høy hastighet. Men, da det er bare gruppene som skilles, er tynningen temporær. Efter som opp-løsningen strømmer bort fra injéksjonspunktet, minsker strømnings -

hastigheten med kvadratet på avstanden. Når strømningshastigheten avtar, gjendannes copolymergruppene, og den effektive viskositet av oppløsningen gjenvinnes.

I foreliggende fremgangsmåte er både sammensetningene og de relative forhold av polymerblokkene av blokk-copolymerene.viktige. I et godt oppløsningsmiddel har en polymer en bedre foort<y>knin<gs->evne, på grunn av sin tilbøyelighet til å ha en effektiv kveil-størrelse som er større enn dens effektive kveilstørrelse i et dårlig oppløsningsmiddel. I foreliggende fremgangsmåte kan blokk-copolymerene være både lineære og sammensatt av både vannoppløselige blokker med en molekylvekt i området fra ca. 100.000 til 2.000.000, og vann-uoppløselige blokker med molekylvekter i området fra ca. 1.000 til 10.000. Når dé vannoppløselige blokker betegnes med A og de vann-uoppløselige blokker betegnes med B, kan hvert copolymermolekyl være sammensatt av A- og B-blokkene i en mengde rekkefølger og forhold. En særlig egnet ordning er en B-A-B rekke-følge pr. molekyl, hvor størrelsen og sammensetningen av de vann-oppløselige polymerkjeder (blokk A) gir copolymermolekylet en betraktelig vannoppløselighet. Særlig egnede blokk-copolymerer omfatter blokker av sulfonert polystyren blandet med blokker av hydrogener.t-polyisopren og hydrogenert -polybutadien. Ytterligere eksempler på polymerblokker egnet for anvendelse i de foretrukne B-A-B blokk-copolymerer ifølge oppfinnelsen er angitt i tabell I.

De foretrukne blokk-copolymerer dannes fortrinnsvis ved å behandle en copolymer av monovinylaren og konjugerte dien-polymerblokker for å sulfonere blokkene av monovinylarener, som styren, a-methylstyren og.blandinger derav, og hydrogenere blokkene av konjugerte dienér, som butadien eller isopren, eller blandinger derav. Hydrogeneringen av dien-polymerblokkene over-fører dem til i det vesentlige de ekvivalente til a-olefin-polymerblokker og gir således én betraktelig økning i kjemisk stabilitet. Eksempelvis overfører hydrogener ingen av en isopren-polymerblokk den til i det vesentlige en ethylen-propylen-gummi-blokk. Typiske polymerer som kan anvendes som utgangsmaterialer for å fremstille de foretrukne blokk-copolymerer ifølge oppfinnelsen, omfatter polyisopren-polystyren-polyisopren-blokk-copolymerer, eller ^polyisopren-poly-a-methylstyren-polyisopren-blokk-copolymerer. De gjennomsnittlige molekylvekter av de indi-viduelle blokker er fortrinnsvis i de ovennevnte områder. Slike blokk-copolymerer kan'fremstilles ved rekkefølgeprosesser eller ved koblingsprosesser, som dem som anvendes ved kjente metoder i t eknikken.

Det er fordelaktig selektivt å hydrogenere og derpå sulfoneré ved fremstilling av foreliggende copolymerer fra de ovennevnte typer av utgangsmateriale. Den selektive hydrogenering kan utføres i nærvær av katalysatorer for å.binde hydrogenatomer til de konjugerte dienbindinger uten særlig å påvirke umetningen av monovinylaren-polymerblokker. Særlig egnede katalysatorer er produktene fra reduksjon av et metall av gruppen bestående av cobolt , nikkel, mangan, molybden eller blandinger av dem. En slik selektiv hydrogenering 'inaktiverer de konjugerte dien-polymerblokker og gjør dem relativt inerte overfor en sulfoneringsreaksjon. Skjønt andre måter for å utføre en slik inaktivering kan anvendes, foretrekkes den selektive hydrogenering.

De selektivt hydrogénerte blokk-copolymerer sulfoneres selektivt for å binde sulfonatgrupper til de aromatiske grupper. Sulfoneringen utføres fortrinnsvis med copolymeren oppløst eller dispergert i et inert medium, som et halogenalken ved en temperatur fra ca. -10° til 100°C. Diklormethan eller diklorpropan eller lignende, er passende oppløsningsmidler. Passende sulfonerings-midler omfatter addisjonsforbindelsene av svov eltrioxyd med tri-alkylfosfat er, som et triethylfosfat oppløst i 1,2-diklorethan. Sulfoneringen utføres fortrinnsvis i den utstrekning at der bindes minst ca. 0,8 til i det vesentlige 2,0 sulfonsyregrupper pr. styrenenhet.

Fremgangsmåtene beskrevet i US patent 3.577-357 er særlig egnet så lenge som de modifiseres for å gi en anordning av vann--oppløselige og vann-uoppløselige polymerblokker (som en B-A-B rekke av blokker) med de ovenfor angitte molekylvekter , for å skaffe en i det vesentlige fullstendig vannoppløselig blokk-copolymer som virker som et viskositetsøkende middel i en vandig væske. Særlig egnede hydrogéneringsmetoder er mere fullstendig beskrevet i US patent 3-595.942.

For anvendelse når de kjemiske stabilitetskrav er relativt lave, f.eks. hvor reservoartemperaturen er under 6o°C, kan blokk-copolymerene anvendt i foreliggende fremgangsmåte, inneholde polymerkjeder med forskjellige typer av bindinger, som ether-, amid- eller lignende bindinger. Slike reservoarer kan ha relativt lave temperaturer og/eller ol jef ort rengningsopers jonene. kan kreve bare relativt kort oppholdstid av den oljefort rengende væske i reservoaret. i slike situasjoner kan passende blokk-copolymerer inneholde en blanding av polyethylenoxyd-vannoppløselige blokker og polyoxypropylenoxyd-vann-uoppløselige polymerblokker. Slike blokk-copolymerer har vært foreslått som overflateaktive midler eller geldannende materialer i US patent 3-203.955 og 3.639-574-Slike copolymerer som er egnet for foreliggende fremgangsmåte, kan fremstilles ved fremgangsmåten beskrevet i de nevnte patenter så lenge som størrelsen og de relative forhold av de vannoppløselige og vann-uoppløselige polymerblokker er avpasset til å gi en vann-oppløselig copolymer og å være i det. vesentlige innenfor de ovenfor angitte molekylvektsområder.

Temperaturen av et underjordisk reservoar i hvilket olje skal fortrenges, kan bestemmes på en rekke måter. Eksempelvis kan reservoartemperaturen være kjent fra logger og andre data fra brønnen som skal behandles for lignende brønner i det samme eller nærliggende felt. Reservoartemperaturen kan bestemmes ved å måle temperaturen av væsken i brønnen inntil formasjonen eller fluidum produsert fra brønnen, eller lignende.

Injisérbarheten av reservoaret kan likeledes bestemmes ved hjelp av tidligere eller løpende utførte malinger i brønnen som skal behandles og/eller slike målinger i andre brønner som er representative. Uttrykket "reservoarinjiserbarhet" er her anvendt for å betegne injisérbarheten i eller rundt en brønn som behandles ved en injeksjon eller produksjon ay fluidum gjennom brønnen. En. slik injiserbarhet påvirkes av permeabiliteten av perforeringer, gruspakninger, etc., inne i brønnen.

Som kjent for fagfolk, vil når reservoarinjiserbarheten er relativt lav, en relativt høy grad av skjær uunngåelig bli meddelt . til en væske som injiseres meden økonomisk godtagbar. hastighet. Behovet for skjærstabilitet i en vannfortykkende polymer økes på grunn av behovet for en relativt hurtig injeksjonshastighet, som 500 1 pr. dag pr. 30 cm, inn i et reservoar med moderat injiserbarhet , som 100 millidarcy, eller et behov for en moderat injeksjonshastighet, som 100 1 pr. dag pr. 30 cm, i et reservoar med lav injiserbarhet, som 25 millidarcy..

I alminnelighet bør, ved fortrengning av en olje i en underjordisk reservoarformasjon ved å injisere en viskos it et søkende vandig oppløsning, den effektive viskositet (eller det resiproke av mobiliteten innen reservoaret) være minst i det vesentlige lik og fortrinnsvis større enn den for reservoaroljen og/eller en eventuell oljefortrengende væske (som et vandig eller olje-eksternt overflateaktivt system) som injiseres foran den viskositet søkende oppløsning. I foreliggende fremgangsmåte bør konsentra-sjonen av de reser.voaravpassende blokk-copolymerer være av størr-elsesorden fra ca. 10 til 10.000 vektdeler copolymer pr. million vektdeler oppløsning. En slik konsentrasjon gir viskositeter av størrelsesorden fra ca. 2 til 50 centipoise ved værelsetemperatur i vann som kan inneholde forskjellige mengder oppløste salter.. Slike viskositeter er vanligvis tilstrekkelige til å gi virksomme fortrengninger av en reservoarolje.

I alminnelighet kan de oljefortrengende væsker ifølge oppfinnelsen med fordel anvendes i oljefortrengningsoperasjoner

og/eller oljeutvinningsoperasjoner i forbindelse med i det vesentlige hvilket som helst av de konvensjonelt anvendte vannflømnings-tilsetninger og/eller andre tilsetningsmidler, som overflateaktive systemer eller bestanddeler; ofringsabsorberte oppløselige stoffer som carbonater, polyfosfater og lignende; pH-innstillende materialer, etc. Væskene ifølge foreliggende oppfinnelse er særlig nyttige i en kjemisk flømningsoljeutvinningsprosess i hvilken en plugg av overflateaktivt system injiseres foran (eller dets overflateaktive komponenter oppløses i) en porsjon av foreliggende oljefortrengningsvæske. Uttrykket "oljefortrengningsvæske" eller "fortrengningen av olje" i et reservoar er brukt om en slik opera-sjon hvor oljen som fortrenges, bringes i kontakt med enten den oljefortrengende væske eller et overflateaktivt middel som inneholder eller går foran en slik væske.

Claims

1. Fremgangsmåte ved fortrengning av fluidum i et underjordisk reservoar ved hjelp av en fortykket vandig oppløsning, karakterisert ved trinnene: oppløsningen dannes ved å oppløse en i det vesentlige vann-oppløselig blokk-copolymer i en vandig væske i en mengde_ som gir en valgt oppløsningsviskositet ved reservoartemperaturen; som den oppløste blokk-copolymer anvendes en som inneholder relativt vannoppløselige og relativt vann-uoppløselige polymerblokker i hvilke sammensetningene og forholdene er slik at. molekylene av blokk-copolymeren har en valgt grad av skjær- og kjemisk stabilitet ved reservoartemperaturen; og oppløsningen injiseres i reservoaret.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den gjennomsnittlige molekylvekt av de vannoppløselige blokker av blokk-copolymeren er fra 100.000 til 2.000.000, og den gjennomsnittlige molekylvekt av de.vann-uoppløselige blokker av blokk-copolymeren er fra 1.000 til 10.000.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det gjennomsnittlige blokk-copolymermoleky1 inneholder en relativt vannoppløselig sentralblokk beliggende mellom et' par relativt vann-uoppløselige endeblokker «

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3,. karakterisert ved at blokk-copolymeren er en i det vesentlige lineær blokk-copolymer.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at de relativt vannoppløse-lige polymerblokker er sulfonerte polyvinylaren-blokker og de relativt vann-uoppløselige polymerblokker er a-olefin-elastomere polymerblokker.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at de relativt vannoppløse-lige polymerblokker er blokker av sulfonert polystyren eller poly- a-methylstyren, og de relativt vann-uoppløselige blokker er blokker av selektivt hydrogenerte polymerer av butadien eller is.opren.