NO852285L - Fremgangsmaate for klaring av et saltholdig fluid. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår høydensitets-fluider og spesielt saltvannsbaserte fluider som anvendes ved brønnborings-, overhalings- og kompletterings-anvendelser.

På området borefluider som anvendes ved dannelse av bore-hull i jorden for produksjon av olje og gass er det nødvendig å anvende materialer med tyngde, som tilsettes til slike bore-, overhalings- eller kompletteringsfluider for tilveiebringelse av en vesentlig øket vekt til nevnte fluider for motvirkning av forhøyede trykk nede i hull. Det vil si at det er nødvendig å tilveiebringeøket vekt til nevnte borefluider for å beherske eller danne motvekt mot trykksoner eller formasjoner som er gjennomtrengt av borehullet. Avhengig av dybden av borehullet og de trykk man venter å støte på i den underjordiske formasjon, anvendes det således saltoppløsninger med forskjellige densiteter. Disse anvendte saltoppløsninger gjenvinnes deretter og anvendes på nytt.

Klare saltvannsfluider foretrekkes fremfor faststoff-anri-kede fluider fordi formasjonsødeleggelsen minskes, hvilket gir høyere produktivitet. Når forurensende faststoffer innføres i det tunge saltfluid, fordres det vanligvis filtrering før salt-oppløsningen kan anvendes på nytt. Saltoppløsningens spesifikke vekt kan nærme seg den spesifikke vekt hos de suspenderte faststoffer, hvilket forhindrer hurtig bunnfelling. Forskjellige typer filtreringsinnretninger og -utstyr er blitt utformet for fraskillelse av slike faststoffer.

Uheldigvis inneholder mange brukte fluider suspendert

fint partikkelformig materiale som ikke lett fraskilles ved gravitasjon, filtreringsprosesser eller andre separasjonsinnretninger. Spesielt sårbare overfor de problemer som oppstår under anvendelse av konvensjonelle gjenvinningsteknikker, er de høy-densitets-saltoppløsninger som anvendes i dypere brønner. For eksempel kan de saltoppløsninger som anvendes ved større dybder, inneholde partikkelformig materiale som har vært utsatt for større skjærkrafts- og abrasjonsmiljø. De resulterende fine partikler eller spon vil noen ganger ikke fraskilles under anvendelse av mange filtreringsinnretninger som anvendes for tiden, hvilket ofte gjør filtreringsutførelsen langsom og/eller in-effektiv.

I betraktning av manglene ved teknikkens stand ville det være meget ønskelig å tilveiebringe en fremgangsmåte til rasjo-nell og effektiv fjerning av suspendert partikkelformig materiale fra saltoppløsninger og spesielt fra tunge saltoppløsnin-ger .

Den foreliggende oppfinnelse er en fremgangsmåte til klaring av et saltvannsbasert fluid omfattende et oppløst salt, hvor nevnte fluid som inneholder suspenderte faststoffer, bringes i kontakt med

(a) et flokkuleringsmiddel som omfatter en funksjonelt effektiv mengde av et polymert flokkuleringsmiddel og et partikkelformig filtrerhjelpemiddel hvor nevnte flokkuleringsmiddel anvendes i en mengde som er tilstrekkelig til å tilveiebringe flokkulering av suspenderte faststoffer og forbedret klaring av nevnte saltvannsbaserte fluid, idet fremgangsmåten ytterligere erkarakterisert vedat (b) de flokkulerte faststoffer skilles fra det saltvannsbaserte fluid, og eventuelt (c) nevnte saltvannsbaserte fluid filtreres ytterligere under anvendelse av en filtreranordning.

Fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse gjør at en fagmann på området rimelig og rasjonelt kan klare saltoppløsninger som anvendes ved bore-, overhalings- og kompletteringsanvendelser. Saltfluidene klares på en meget effektiv måte under anvendelse av konvensjonelt filtrerapparat. Slike klarede saltoppløsninger kan anvendes på nytt.

Partikkelformige filtrerhjelpemidler er slike materialer som omfatter i det vesentlige ikke-komprimerbare findelte partikler som fortrinnsvis har lav spesifikk vekt for minimalise-ring av bunnfellingstendens, er porøse og i det vesentlige kje-misk inerte overfor de brukte saltfluider som behandles. Egnede partikkelformige filtrerhjelpemidler innbefatter papir-masse, metalloksyder, asbest, sagflis, magnesiumoksyd, gips, perlitt, utfelt kalsiumkarbonat, mursteinsstøv og lignende. Mest foretrukket er det partikkelformige filtrerhjelpemiddel diatoméjord. Egnede partikkelformige filtrerhjelpemidler er beskrevet i A.B. Cummins, Industrial and Engineering Chemistry, vol. 34 (4), s. 403 (1942) og P.C. Carman, Industrial and

Engineering Chemistry, vol. 30 (10), s. 463 (1938).

De polymere flokkuleringsmidler ifølge denne oppfinnelse innbefatter mange forskjellige polymere materialer kjent på området. Tallrike slike polymere materialer er kommersi-elt tilgjengelige. Eksempler innbefatter polyetylenoksyder, polyakrylater, polyakrylamider, polyamider, delvis hydroly-serte polyakrylamider, metylcellulose, karboksymetylcellulose, alkalimetall-karboksymetylcellulose, kopolymerer av akrylamid og monomerer såsom akrylsyre, sulfonsyre-holdige monomerer og lignende, og salter derav. Mindre foretrukkede polymerer innbefatter de kationiske polymerer såsom slike polymerer som inneholder kvaterniserte nitrogen-atomer. Foretrukkede polymere flokkuleringsmidler er polyetylenoksydene og akrylamid-polymerer med høy molekylvekt såsom polyakrylamid, delvis hydrolysert polyakrylamid og kopolymerer av akrylamid og anioniske monomerer.

Spesielt foretrukkede polymere flokkuleringsmidler innbefatter de anioniske polymerer, mest foretrukket slike som har høy molekylvekt. Høyst foretrukkede polymerer inneholder i polymerisert form fra 0 til 30, fortrinnsvis fra 15 til 20, vektprosent hydrolysert monomer (f.eks. hydrolysert akrylat-monomer), fra 0 til 40, fortrinnsvis fra 5 til 10, vektprosent sulfonatholdig monomer og resten av en vannløselig ikke-ionisk monomer såsom akrylamid.

Eksempler på ikke-ioniske monomerer som passende anvendes ved utøvelsen av denne oppfinnelse, er slike etylenisk umettede monomerer som er tilstrekkelig vannløselige til at det dannes i det minste en 10 vekt% oppløsning når de oppløses i vann og som lett undergår ytterligere polymerisering under dannelse av polymerer som i det vesentlige er vannløselige. Eksempler på slike ikke-ioniske monomerer innbefatter etylenisk umettede amider såsom akrylamid, metakrylamid og fumar-syreamid; deres vannløselige N-substituerte ikke-ioniske deri-vater såsom N-metylol-derivatene av akrylamid og metakrylamid såvel som N-metyl- og N,N-dimetyl-derivatene av akrylamid og metakrylamid; hydroksyalkylestere av umettede karboksylsyrer såsom hydroksyetylakrylat og hydroksypropylakrylat; og lignende. Blant de ovenstående ikke-ioniske monomerer foretrekkes de etylenisk umettede amider, idet akrylamid er spesielt

foretrukket.

Eksempler på egnede vannløselige, etylenisk umettede monomerer som inneholder anioniske grupper, innbefatter N-sulfoalkyl-,a,3-etylenisk umettede amider såsom 2-akrylamid-2-metylpropansulfonsyre, 2-akrylamidpropansulfonsyre, 2-akryl-amidetansulfonsyre og alkalimetallsaltene av disse såsom natrium- og kaliumsaltene av disse såvel som andre slike monomerer som er oppregnet i US-patent 3 692 673; sulfoalkylestere av umettede karboksylsyrer såsom 2-sulfoetyl-metakrylat og andre slike sulfoalkylestere som oppregnet i US-patent 4 075 134 såvel som alkalimetallsaltene av disse; sulfoaryl-alkener såsom vinylbenzylsulfonsyre og de forskjellige salter av vinylbenzylsulfonat, p-styrensulfonsyre og saltene derav; sulfoalkener såsom vinylsulfonsyre og saltene derav; og lignende. Blant de ovennevnte sulfonatmonomerer er sulfoalkylderivatene av akrylamid og metakrylamid foretrukket, idet sulfoalkylderivatene av akrylamid er spesielt foretrukket, spesielt 2-akrylamid-2-metylpropan-sulfonsyre (AMPS), 2-akrylamid-2-propansulfonsyre og saltene derav. I de mest foretrukkede utførelsesformer er sulfogruppen i form av et alkali-metallsulfonatsalt såsom natriumsulfonat. I tillegg til de forannevnte monomerer som inneholder anioniske grupper, kan etylenisk umettede karboksylsyrer såsom akrylsyre og metakryl-syre og salter derav også anvendes.

Molekylvekten av den anioniske polymer er tilstrekkelig til at polymeren kan fungere som flokkuleringsmiddel, men mindre enn det som ville gjøre kopolymeren uløselig i vann. Foretrukkede polymerer har gjennomsnittlig molekylvekt i området fra 100.000 til mer enn 10 millioner, mest foretrukket fra 2 millioner til 8 millioner.

Ved fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelsen bringes det saltvannsbaserte fluid som behandles, i kontakt med det par-tikkelf ormige filtrer-hjelpemiddel. Fluidet kan agiteres for å sikre grundig blanding. Fluidet bringes deretter i kontakt med det polymere flokkuleringsmiddel. Det polymere flokkuleringsmiddel kan være i form av en vandig oppløsning, en dis-persjon i olje eller en vann-i-olje-emulsjon. For eksempel kan en vandig oppløsning av polymer tilveiebringes ved at en flak-polymer bringes i kontakt med en vandig væske hvor meng den polymer kan være i området fra 0,1 til 1, fortrinnsvis 0,3-0,7 vekt% polymer, basert på vekten av polymer og vandig oppløsning. Fluidet kan agiteres ytterligere for å sikre grundig blanding. De flokker som dannes, kan fjernes under anvendelse av konvensjonelle separasjonsinnretninger såsom for eksempel grovfiltreringsteknikker og/eller anordninger såsom filterpresser. Behandlede saltvannsbaserte fluider kan deretter hvis ønskelig filtreres under anvendelse av finere konvensjonelle filtreringsanordninger.

Ved et annet, men mindre foretrukket, aspekt ved oppfinnelsen bringes det saltvannsbaserte fluid først i kontakt med det polymere flokkuleringsmiddel og bringes deretter i kontakt med det partikkelformige filtrer-hjelpemiddel og behandles ytterligere som beskrevet i det foregående. Dessuten kan det partikkelformige filtrer-hjelpemiddel og det polymere flokkuleringsmiddel tilsettes samtidig, skjønt det er meget fordel-aktig å tilsette det partikkelformige filtrer-hjelpemiddel og det polymere flokkuleringsmiddel atskilt.

Mengden av hver av det polymere flokkuleringsmiddel og det partikkelformige filtrer-hjelpemiddel som anvendes, kan variere og er en mengde som er tilstrekkelig til å tilveiebringe effektiv fjerning av suspenderte faststoffer i det saltvannsbaserte fluid. En funksjonelt effektiv mengde av flokkuleringsmidler er den mengde som tilveiebringer flokkulering av suspenderte faststoffer og forbedret klarhet hos det behandlede brukte salt-fluid. Flokkuleringsmidlet omfatter en funksjonelt effektiv mengde av et polymert flokkuleringsmiddel (d.v.s. den mengde som effektivt kan flokkulere suspenderte faststoffer i salt-fluidet) og en funksjonelt effektiv mengde av et partikkelformig filtrer-hjelpemiddel (d.v.s. den mengde som effektivt kan klare det salt-fluid som er behandlet på denne måte). Typisk er mengden partikkelformig filtrer-hjelpemiddel i området fra 500 ppm til 10.000 ppm, fortrinnsvis fra 500 ppm til 5.000 ppm, basert på vekten av det saltvannsbaserte fluid som behandles. Typisk er mengden polymert flokkuleringsmiddel i området fra 10 ppm til 1.000 ppm basert på vekten av det saltvannsbaserte fluid.

De separasjonsinnretninger som anvendes ved utøvelsen av denne oppfinnelse, er konvensjonelle mekaniske filtre og for- filtre som er kjent på området. For eksempel kan separasjon utføres ved tyngdeseparasjon, sikter, forholdsvis grove patron-eller sekkefiltre, multimedia-høyhastighetsfiltre o.s.v. Filterpresser som selv anvender diatoméjord-materialer som filtrer-hjelpemiddel, kan også anvendes. Ytterligere filtrering kan hvis ønskelig utføres under anvendelse av et konvensjonelt finere patron- eller sekkefilter.

Fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse er egnet til klaring av mange forskjellige saltoppløsninger som anvendes ved bore-, overhalings- og kompletterings-anvendelser. Av spesiell interesse er slike fluider som inneholder natrium-, kalium-, kalsium-, sink-, barium-, magnesium-, jern-, kadmium- og/eller strontium-ioner, såvel som kombinasjoner av disse. Av spesiell interesse er også slike saltoppløsninger som har densiteter på o over 1677 kg/m 3. Spesielt egnede saltoppløsninger omfatter oppløste salter av minst ett divalent ion, og mer spesielt slike divalente ioner som er kationiske.

De følgende eksempler er presentert for ytterligere å illustrere denne oppfinnelses ramme.

Eksempel 1

Et brukt kompletteringsfluid med en densitet på 2132,9 kg pr. m 3 og en turbiditet på 450 NTU ble behandlet med 1 vekt% diatoméjord-filtrerhjelpemiddel. Prøven ble ristet i kort tid og ble behandlet med 1 vekt% av en oppløsning med polyakryl-amidpolymer med høy molekylvekt, hvilken polymer hadde under-gått 2 0-30% hydrolyse. Polymeren ble tilsatt som en 0,5 vekt% oppløsning i avionisert vann. Prøven ble agitert i kort tid og fikk stå i ro. Flokker viste seg etter 2-5 minutters tid,

og vekst av flokk-størrelsen skjedde etter fra 15 minutter til 2 timer. Separasjon av flokkene under anvendelse av grovfiltreringsteknikker tilveiebrakte en reduksjon i turbiditeten på mer enn 80%.

Omvendt tilveiebrakte et lignende kompletteringsfluid som var behandlet på lignende måte med en lignende polymer men uten partikkelformig filtrer-hjelpemiddel, ingen flokkdannelse, og turbiditeten ble ikke redusert etter grovfiltrering etter behandling i løpet av en lignende tidsramme.

Det ubehandlede kompletteringsfluid forble uklart uten

at det skjedde noen bunnfelling av faststoffer i løpet av en lignende tidsramme.

Eksempel 2

En saltoppløsnings-prøve med 2300,6 kg ZnBr2/CaBr2pr. m 3, som inneholdt findelt kjønrøk som verken ble bunnfelt eller ble fjernet under anvendelse av patron- eller posefiltre, ble anvendt. Saltoppløsnings-prøven ble behandlet med 1750 ppm diatoméjord-filtrerhjelpemiddel. Til prøven ble det tilsatt 1 vekt% av den polymer som ble anvendt i Eksempel 1 som en

0,25% oppløsning. Flokk-dannelse skjedde hurtig under tilveiebringelse av en klar saltoppløsning. Det fant ikke sted noen betydelig flokkulering når en saltoppløsnings-prøve ble behandlet på samme måte men uten tilsetning av filtrer-hjelpemidlet.

Eksempel 3

En brukt saltoppløsnings-prøve med en densitet på 2025 kg/m reagerte ikke på behandling ved anvendelse av polymeren som beskrevet i Eksempel 2. Når det ble tilsatt 2840 ppm diatoméjord-filtrerhjelpemiddel til saltoppløsnings-prøven fulgt av tilsetning av polymer, skjedde det imidlertid flokk-dannelse fulgt av bunnfelling etter ca. 1,5 timer.

Claims (11)

1. Fremgangsmåte til klaring av et saltvannsbasert fluid som omfatter et opplø st salt, karakterisert ved at nevnte fluid som inneholder suspenderte faststoffer, bringes i kontakt med a) et flokkuleringsmiddel som omfatter en funksjonelt effektiv mengde av et polymert flokkuleringsmiddel og et partikkelformig filtrer-hjelpemiddel, hvor flokkuleringsmidlet anvendes i en mengde som er tilstrekkelig til tilveiebringelse av flokkulering av suspenderte faststoffer og forbedret klaring av det saltvannsbaserte fluid, idet nevnte fremgangsmåte er ytterligere karakterisert ved at b) de flokkulerte faststoffer skilles fra det saltvannsbaserte fluid, og eventuelt c) det saltvannsbaserte fluid filtreres ytterligere under anvendelse av en filtrer-anordning.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det saltvannsbaserte fluid har en densitet på over 1677 kg/m <3.>

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte filtrer-hjelpemiddel er diatoméjord.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det polymere flokkuleringsmiddel er en akrylamid-holdig polymer med høy molekylvekt.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte filtrer-hjelpemiddel anvendes i en mengde i området fra 500 til 10.000 ppm basert på vekten av det saltvannsbaserte fluid.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det polymere flokkuleringsmiddel anvendes i en mengde i området fra 10 til 1.000 ppm basert på vekten av det saltvannsbaserte fluid.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte fluid bringes i kontakt med filtrer-hjelpemidlet og deretter med det polymere flokkuleringsmiddel.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte saltvannsbaserte fluid omfatter et oppløst salt av minst ett divalent ion.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte divalente ion er et divalent kation.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det polymere flokkuleringsmiddel er en anionisk polymer .

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at den anioniske polymer omfatter fra 0 til 30 vekt% hydrolysert monomer, fra 0 til 40 vekt% sulfonatholdig monomer og resten vannløselig ikke-ionisk monomer.