NO761517L - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved behandling av fjerntbeliggende faste materialer og væske for utførelse av fremgangsmåten.

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte og væske for behandling av fjerntbeliggende materialer, som en underjordisk sandmasse som skal konsolideres eller tilstoppes.

Oppfinnelsen angår nærmere bestemt en fremgangsmåte for behandling av fjerntbeliggende materiale ved hjelp av en basisk, vandig oppløsning av et amfotært metalloxyd og en pH-nedsettende reaktant som er-i stand til å senke oppløsningens pH til en pH ved hvilken et hydratisert metalloxyd utfelles på det fjerntbeliggende materiale som skal behandles.

En slik fremgangsmåte er omfattende beskrevet i norsk patentsøknad nr. 304/73.

Konsentrasjonene og/eller de forholdsvise mengder av bestanddelene i den behandlingsoppløsning som anvendes, kan variere innenfor forholdsvis vide grenser for å befordre valgte funksjoner eller resultater, i det vesentlige som beskrevet i den ovennevnte norske patentsøknad. Konsentrasjonen av det amfotære metalloxyd kan variere fra i det vesentlige spormengder til i det vesentlige mettede oppløsninger, idet de lavere konsentrasjoner er anvendbare for avsetning av bunnfallet på det fjerntbeliggende materiale i form av et tynt belegg og/eller for å bevirke en forholdsvis langsom oppbygning av et tykt belegg ved en gjentatt behandling eller ved å la en rekke porevolum av behandlingsvæske strømme gjennom det gjennomtrengbare materiale som skal ibehandles. Ved anvendelse av de høye konsentrasjoner av oxydet avsettes et tykkere belegg på overflater som kommer i kontakt med en mindre mengde av behandlingsvæsken. Konsentrasjonen av de alkaliske materialer og av den pH-reduserende reaktant avpasses fortrinnsvis etter hverandre i overensstemmelse med disse anvendte bestanddelers type og konsentrasjon ag i overensstemmelse med typen og konsentrasjonen av det amfotære metalloxyd, slik at det fåes en påfølgende nedsettelse av pH til en pH ved hvilken det hydratiserte metalloxyd utfelles ved.en tid/temperatureksponering som velges for (eller som er nødvendig med hensyn til) å sette igang utfellingen av det hydratiserte. metalloxyd. For en gitt konsentrasjon av amfotært metalloxyd og ved utsettelse for en ny gitt temperatur kan utf ellingstiden vanligvis forsinkes ved å øke konsentrasjonen av det alkaliske materiale (og således øke pH) og/eller ved å anvende puffere og/eller ved å anvende et pH-senkende .reaktantmateriale som reagerer forholdsvis langsomt.

Behandlingsvæskene som er beskrevet i den ovennevnte patentsøknad, er i alminnelighet effektive for deres beregnede', anvendelse (f.eks. for boring, frakturering, gjennomhulling, olje-fortrengning eller lignende typer av behandlinger med fluida eller brønnbehandlinger eller for andre behandlinger, som dannel-se av korrosjonsresistente eller katalytiske belegg av hydratiserte metalloxyder). I enkelte tilfeller ga imidlertid anvendel-sen av behandlingsvæsken ikke de forventede resultater, og det behandlede materiale kunne belegges (f.eks. for konsolidering) i .den ønskede grad bare. på bekostning av en uaksepterbar nedsettelse av materialets gjennomtrengbarhet.

Det taes ved oppfinnelsen sikte på. å tilveiebringe en fremgangsmåte og en væske for behandling av fjerntbeliggende materialer ved hjelp av den teknikk som er beskrevet i den ovennevnte norske patentsøknad, men under unngåelse av den ovennevnte ulempe.

Oppfinnelsen angår således en fremgangsmåte ved belegning av et forholdsvis fjerntbeliggende, fast materiale ved å . innføre en vandig oppløsning av en forbindelse av et amfotært metall og en pH-senkende reaktan.t på det f jerntbeliggende sted slik at fast materiale kommer i kontakt med oppløsningen mens et hydratisert oxyd av det amfotære metall utfelles fra oppløs-ningen, og fremgangsmåten er særpreget ved at før oppløsningen innføres på det fjerntbeliggende sted, innføres i oppløsningen et krystallmodifiseringsmiddel med en sammensetning og en konsentrasjon slik at det øker lagdannelsen for det utfelte, hydratiserte metalloxydbelegg uten at dette fører til en for sterk svekkelse av beleggets vedheftning.

De vannoppløselige krystallmodifiseringsmidler kan

være i det vesentlige en hvilken som helst forbindelse som ér oppløselig i den vandige., alkaliske oppløsning av forbindelsen av amfotært metall og som er forenelig med den pH-senkende reak-sjon og med utfelling av hydratisert metalloxyd. Slike forbindelser omfatter glycerol, de vannoppløselige homologer av glycerol, polyglyceroler, glycoler, po.lyglycoler, alkalimetalltan-nater, sulfonerte jernsalter av hemlokkbarkekstrakt, som. solgt under varemerket "Milflow", kvebrachotre, tannater, som solgt under varemerket "Magcobar Tanhate", og krom-lignosulfonatmate-rialer, som solgt under varemerket "Spersene".

Konsentrasjonen av forbindelsen av det amfotære metall i. de foreliggende behandlingsvæsker kan variere fra en liten, men effektiv, mengde, som 0,05 mol pr. liter metallioner, til i det vesentlige mettede oppløsninger av forbindelsene av det amfotære metall, i det vesentlige.som beskrevet i den ovennevnte norske patentsøknad. -

De vandige væsker hvori bestanddelene for de foreliggende behandlingsvæsker er oppløst, kan være i det vesentlige et hvilket som helst forholdsvis bløtt vann som er forenelig med de oppløste bestanddeler og med utfellingsprosessen, i det vesentlige som beskrevet i den ovennevnte norske patentsøknad.

De foreliggende behandlingsvæskers alkalinitet kan opp-nås ved i det vesentlige en hvilken som helst vannoppløselig, uorganisk eller organisk base eller en kombinasjon av baser som er istand til å gi en pH ved hvilken hydroxykomplekset av det amfotære metall er oppløselig,, i det vesentlige som beskrevet i den ovennevnte norske patentsøknad.

Den pH-senkende reaktant som anvendes i ds foreliggende behandlingsvæsker, kan være en forbindelse eller en blanding av forbindelser som er oppløselige i de alkaliske, vandige oppløs-ninger og istand til deretter å øke oppløsningenes pH, i det vesentlige som beskrevet i den .ovennevnte norske patentsøknad.

De foreliggende behandlingsvæsker kan således settes, sammen i det vesentlige som beskrevet i den ovennevnte norske patentsøknad, men med den unntagelse at en effektiv mengde av et krystall-modifiseringsmiddel tilsettes. Slike oppløsninger kan anvendes for i det vesentlige alle de formål som er beskrevet i den ovenfor nevnte norske patentsøknad.

Sammensetningen og konsentrasjonen av krystallmodifi-. seringsmidlet bør være avpasset etter sammensetningen av de andre bestanddeler og etter den beregnede anvendelse av behandlingsvæsken. Lagdannelsesvirkningen for avsetningen av det hydratiserte metalloxyd vil vanligvis øke med økende konsentrasjon av krystallmodifiseringsmidlet. Betydelige.virkninger fåes ved anvendelse av konsentrasjoner av 0,05 - 2,4 mol pr. liter (av den vandige, alkaliske oppløsning) av den effektive komponent av krystallmodifiseringsmidlet. Slike konsentrasjoner tilsvarer 0-,03 - 15<y>ol% når glycerol anvendes som krystallmodifiseringsmiddel . En økning i konsentrasjonen av krystallmodifiseringsmidlet vil imidlertid som regel adfølges av en nedsatt vedheftning for belegget av. det avsatte, hydratiserte metalloxyd og det materiale som skal behandles. Konsentrasjonen av krystall-modif iseringsmidlet bør derfor reguleres i forhold til .den beregnede anvendelse.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet ved hjelp av et eksempel og under henvisning til en del prøver som ble utført med "Spersene" og glycerol som krystallmodifiseringsmiddel.

Kurvene på tegningen gjelder for de følgende forhold: Eig. la og 2a: alkalimetallaluminat (mol/liter) i forhold til tiden t (minutter) etter en opprinnelig utfellingstid

(OUT),

fig. lb og 2b: OH~ (mol/liter) i forhold til tiden t (minutter) etter OUT,

fig. lc og 2c:. pH i forhold til tiden t (minutter)

etter OUT, og

fig. 3 og. 4: den høyeste trykkfasthet (kg/cm 2) i forhold til volumprosenten av glycerol.

Sammenlignende konsolideringsforsøk for sandlag

I tabell 1.er angitt resultatene av typiske forsøk

hvor vandige, alkaliske, flytende oppløsninger av natriumaluminat og dimethylformamid, DMF (med og uten "Spersene" som kry-stallmodif iseringsmiddel) , ble innført gjennom sandlag (en

lengde på ca. 119 cm og en utvendig diameter på 3,65 cm) av nr... 5 "Clemtex"-sand. I kolonnen kf/k^.fremgår de gunstige virknin-ger av krystallmodifiseringsmidlet spesielt tydelig for forsø- kene 4 og 5. Disse forsøk ga konsoliderte lag med sammenlignbare trykkfastheter. Forsøk 4 uten krystallmodifiseringsmidlet forårsaket en 80 % nedsettelse av gjennomtrengbarheten, mens for-søk 5 hvor 2,83 x 10 kg/l av krystallmodifiseringsmidlet ble anvendt, forårsaket bare en 6 % nedsatt gjennomtrengbarhet.

Innvirkning av glycerol på aluminatutarming

Fig. 1 viser virkningen av glycerol i en .0,3 molar. (M) aluminatoppløsning. Oppløsningen inneholdt 0,3. M aluminat (mol pr. liter natriumaluminat), 0,6 M dimethylformamid, 0,11 M . hydroxyd-ioner, 4 vekt% natriumklorid og 2 ml "Versene-100" pr. liter oppløsning. Kurvene A, C og E gjelder et slikt system inneholdende 0 ,.5 volum% glycerol, og kurvene B, D og F gjelder et slikt system uten glycerol. Fig. la viser mengden>av alkalimetallaluminat (mol/liter) i forhold til tiden t (minutter), og kurvene A og B antyder at aluminatutarmingshastigheten øker etter at ca. 25 % av aluminatet er blitt avsatt dersom ingen glycerol er tilstede. Kurvene C og D på fig. lb viser variasjonen av hydroxydionkonsentrasjonen (som i begge tilfeller opprinnelig var 0,11 mol pr. liter) med tiden (t). Kurver E og F på fig. le viser variasjonen av oppløsningens pH (som begge opprinnelig var 11,5) med tiden (t). Elektronmikrofotografier av gibbsitkrystal-lene som ble avsatt fra disse oppløsninger på.forskjellige tider under aluminatutarmingen, antydet at krystallene var tilbøyelige til å vokse seg store under den påskyndede utarming som er antydet av kurven B. Det fremgår at krystallmodifiseringsmidlet i. vesentlig grad bremset eller fjernet denne påskyndede aluminatutarming.

De på fig. 2 viste resultater er i det vesentlige de samme som antydet av kurvene A - F på fig. 1, men ikke hva gjelder en 0,6 M aluminatoppløsning. Det fremgår at den påskyndede utarming av aluminatet og undertrykkelsen av denne med glycerol er de samme i de mer konsentrerte oppløsninger.

Virkning av glycero- konsentrasjonen på trykkfastheten

Fig. 3 og 4 viser variasjoner for de høyeste trykkfastheter (kg/cm ) i forhold til volumprosenten av glycerol ved konsolidering av lag av nr. 5 "Clemtex"-sand. For.fig. 3 ble konsolideringen utført ved 60° C, og den basiske behandlingsvæske var en vandig, alkalisk oppløsning av 0,6 M aluminat ,og. 0 , 8 M dimethylformamid. For fig. 4 ble. konsolideringen utført ved 38° C, og den basiske behandllngsvæske var en vandig,.alkalisk oppløsning av 0,6 M aluminat og 0,8 M formamid.

Det fremgår at for dimethylformamidsysternet (ifølge

fig. 3) førte glycerolkonsentrasjoner på opp til ca. 0,5 % til økede trykkfastheter, mens høyere konsentrasjoner forårsaket nedsatte trykkfastheter. Dette kan forklares som følger: De høyere glycerolkonsentrasjoner forbedrer gibbsit-krystallenes morfologi ved å undertrykke veksten av nålekrystål-ler, slik at det fåes en mer jevn fordeling av velordnede avset-ninger. Når imidlertid glycerolkonsentrasjonen øker ut over en optimal konsentrasjon, blir den absorberte glycerolmengde til-strekkelig til å hindre krystallene fra å vokse sammen på kon-taktpunktene mellom kornene, hvorved trykkfasthetene synker. I det dimethylformamidholdige system utvikles dessuten ingen trykkfasthet ved en glycerolkonsentrasjon på ca. 2 %, selv om de enkelte sandkorn er jevnt dekket med en god lagdelt avsetning.

Det fremgår at i det formamid-holdige system (ifølge fig..4) førte hver økning, av glycerolkonsentras jonen til en nedsatt trykkfasthet. Dette innebærer at når en kornformig masse med jevn, høy porøsitet konsolideres (som lagene av nr. 5 "Clemtex"-sand), kan mengden av glycerol som krystallmodifiseringsmiddel med fordel holdes lav for derved å forbedre den konsoliderte masses trykkfasthet. Da de gjennomtrengbarheter .som påtreffes i ukonsoliderte sandmasser i og rundt et brønnbore-hull imidlertid sjelden er jevne, kan lave gjennomtrengbarheter påtreffes. Sammenlignbare forsøk med sandlag med forholdsvis lave gjennomtrengbarheter av fra 500-1000 millidarcier antyder at et krystallmodifiseringsmiddel er ønskelig for så sterkt som mulig å minske den nedsatte gjennomtrengbarhet.

Den foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset til anvendelse av de to krystallmodifiseringsmidler som er omtalt ovenfor under henvisning til tabell 1 og fig. 1-4. Andre mid-ler, som natriumtannat (garvesyre nøytralisert med NaOH), sulfo-nert jeynsalt av hemlokkbarkekstrakt ("Milflow"), 90 % kvebracho-treekstrakt ("Baroid Quebracho", "Magcobar Tannate"), en blanding av kvebracho og lignit ("Magcobar MC Quebracho"), jern/ formaldehydtannat ("Barpid.Dessco") og lignit kan anvendes med like gode resultater.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte ved belegning av et forholdsvis fjerntbeliggende fast materiale ved å innføre en vandig, flytende opp-løsning av en forbindelse av et amfotært metall og en pH-senkende 0 reaktant på det fjerntbeliggende sted slik at det faste materiale kommer i kontakt med oppløsningen, mens et hydratisert oxyd av det amfotære metall utfelles fra oppløsningen, karakterisert ved at det i oppløsningen før den innføres på det fjerntbeliggende sted, innføres et krystallmodifiseringsmiddel med en slik sammensetning og konsentrasjon at dets tilstedeværelse vil øke lagdannelsen for belegget av det utfelte, hydratiserte metalloxyd uten for sterkt å svekke beleggets vedheftning.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det faste materiale som behandles, er en partik-kelmasse i eller rundt en underjordisk del av et brønnborehull.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, k a r a k te r is er t ved at det som forbindelse av det amfotære metall anvendes et alkalimetallaluminat.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1-3, karakterisert ved at det som krystallmodifiseringsmiddel anvendes glycerol.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1-4, karakterisert ved at det som den pH-senkende reaktant anvendes dimethylformamid.

6. Behandlingsvæske for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1-5, omfattende en vandig, alkalisk oppløsning av en forbindelse av et amfotært metall og en pH-senkende reaktant i slike forholdsvise mengder at oppløsningen er istand.til å holde seg i det vesentlige homogen mens den strømmer fra et sted for fremstilling av oppløsningen til et forholdsvis fjerntbeliggende sted hvor den kommer i kontakt med et materiale som skal behandles, mens et forholdsvis sterkt vedheftende belegg av hydratisert metalloxyd forholdsvis langsomt avsettes på materialet som skal behandles, karakterisert ved at det.i den vandige, alkaliske oppløsning oppløses et krystall-modif iseringsmiddel med en slik sammensetning og konsentrasjon at dets tilstedeværelse vil øke lagdannelsen for det utfelte belegg av hydratisert meta llox <y>d uten for sterkt å svekke beleggets, vedheftning.

7. Behandlingsvæske ifølge krav 6, karakterisert ved at sammensetningen og' konsentrasjonen av alle bestanddeler i den vandige, alkaliske, flytende oppløsning er avpasset i forhold til temperaturen og inntrengbarheten i en par-tikkelmasse som skal konsolideres i. eller rundt en underjordisk del av et brønnborehull.

8. Behandlingsvæske ifølge krav 6 eller 7, karakterisert ved at forbindelsen av det amfotære metall er et alkalimetallaluminat.

9. Behandlingsvæske ifølge krav 6-8, karakterisert ved at modifiseringsmidlet er glycerol.

10. Behandlingsvæske'ifølge krav 6-9,.. karakterisert ved at den pH-senkende reaktant er dimethylformamid.