PL165329B1 - Sposób uszczelniania skał węglanowych - Google Patents

Abstract

Sposób uszczelniania skał węglanowych, znamienny tym, że sporzddza si ę roztwór siarczanu glinu w wodzie o stężeniu 5 - 25%, z ewentualnym wstępnym zobojętnieniem i/lub z ewentualnym dodatkiem soli zwiększających uwodnienie wytrąconego żelu, następnie wprowadza się ten roztwór w skałę i pozostawia się w porach skały w małym przepływie, przez ewentualne zmniejszenie zasilania złoża, na czas od 0,5 - 24 godzin·

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób uszczdniania skał złożowych siarki lub wapiennych skał roponośnych.

Znanym sposobem zapobiegania przepływom wody w skałach w niepożądanym kierunku jest zmniejszenie przepuszczalności w przepływie w tym kierunku. Stosowane dotychczas metody zmniejszania przepuszczalności w przepływie wody w skałach polegają na wypełnieniu porów różnymi substancjami zmniejszającymi przestrzeń dostępną dla przepływu wody.

Substancję wypełniającą pory wprowadza się na ogół trzema metodami:

- w postaci zawiesiny, która w miejscach zwolnionego przepływu osadza się tworząc powiększające się zatory (iłowanie, piaskowanie) lub wiąże tworząc trwałe wypełnienie (cementacja i podobne),

- w postaci dwóch roztworów z dwóch różnych miejsc lub po kolei, które mieszając się w porach powodują wytrącanie się wypełniającej substancji (sylikatyzacja i podobne),

- w postaci jednego, odpowiednio przygotowanego roztworu kilku składników, który po pewnym czasie zmienia właściwości, zwiększa lepkość aż do krzepnięcia, tworząc trwałe wypełnienie (żywice i polimery).

Te trzy zasadnicze metody, które mogą być odpowiednio modyfikowane i krzyżowane, mają wspólną cechę polegającą na wprowadzaniu w skałę wszystkich czynników potrzebnych do powstania substancji wypełniającej.

Należy tu zaznaczyć, że nie ma uniwersalnych metod, które spełniałyby zadanie zmniejszenia przepuszczalności w przepływie wody we wszystkich skałach i we wszystkich warunkach. To jest też przyczyną bardzo rzadkiego stosowania powyższych metod do tworzenia obszarów o zmniejszonej przepuszczalności. Dodatkowo metody te są trudne i przeważnie bardzo drogie w technicznym wykonaniu.

Oprócz powyższych metod stosuje się jeszcze wykorzystanie zdolności niektórych składników skały do udziału w fizyczno-chemicznych procesach powodujących zmniejszenie się przepuszczalności w przepływach wody przez wewnętrzne pęcznienie skały (patent RP nr 96 652). Najczęściej w tych procesach biorą udział minerały iłowe zawarte w skale, a czynnikami powodującymi ich pęcznienie lub kurczenie się są odpowiednio dobrane jony we wtłaczanym roztworze. Wtłaczany roztwór jest tylko czynnikiem powodującym zmianę fizyczno-chemicznego stanu sikały, nie wprowadza on substancji wypełniającej, którą w tym przypadku są składniki skały, dlatego też techniczne wykonanie tych zabiegów jest prostsze i tańsze od poprzednich. Warunkiem jednak ich stosowania jest odpowiedni mineralogiczny skład skały i odpowiednia struktura porów w skale.

W przypadku, gdy w skład skał złożowych wchodzą wapienie i margle lub zasadniczą formą porów w skałach są mniejsze lub większe kawerny, nie należy się spodziewać znaczniejszych efektów prób zastosowania wewnętrznego pęcznienia skały do jej uszczelnienia.

165 329 3

Nieoczekiwanie okazało się, że proste i skuteczne uszczelnienie sikał węglanowych jest możliwe dzięki zastosowaniu sposobu według wynalazku.

Sposób uszczelniania skał węglanowych według wynalazku polega na tym, że sporządza się roztwór siarczanu glinu w wodzie o stężeniu 5 - 25*%, z ewentualnym wstępnym zobojętnieniem i/lub z ewentualnym dodatkiem soli zwiększających uwodnienie wytrąconego żelu, następnie wprowadza się ten roztwór w skałę i pozostawia się roztwór w porach skały w małym przepływie, przez zmniejszenie zasilania złoża, na czas od 0,5 - 24 godzin.

W sposobie według wynalazku roztwór siarczanu glinu ewentualnie zobojętnia się do pH 3-4 za pomocą stężonego roztworu alkalicznego, zwłaszcza wodorotlenku sodowego.

Jako sole zwiększające uwodnienie żelu dodaje się sole sodu, zwłaszcza chlorek sodu, tak aby jego stężenie w roztworze wynosiło od kilku do kilkunastu procent.

Roztwór uszczeiniający wprowadza się w skałę przez wtłaczanie odpowiednimi otworami wiertniczymi w założonej ilości zależnej od porowatości skały i przewidywanego zasięgu wtłaczania (po uwzględnieniu ewentualnego przesuwania tego zasięgu przez płynącą wodę).

Sprawdzenie efektów zabiegu prowadzi się przez pomiar wodochłonności wybranych otworów, lub innymi znanymi metodami takimi jak obserwacja wydatków przepływu lub zmian poziomu zwierciadła wody w otworach.

Zaproponowana metoda wykorzystuje prostotę i skuteczność wprowadzania tylko jednego roztworu do skały. Polega ona na wtłoczeniu do skały rzeczywistego roztworu (nie zawiesiny i nie zolu), który w reakcji ze skałą tworzy żel wypełniający pory i zmniejszający w ten sposób przepuszczalność w dalszym przepływie wody. W metodzie tej wykorzystuje się wapień, czyli węglan wapnia jako czynnik powodujący wytrącanie się żelu z wprowadzonego roztworu, dlatego też roztwór ten powinien zawierać substancję rozpuszczalną w kwaśnym środowisku, a żelującą w środowisku obojętnym. Taką właśnie substancją jest siarczan glinu. Substancja ta jest ponadto stosunkowo tania, bezpieczna i prosta w użyciu.

Do realizacji metody opartej na powyżej omówionych zasadach możliwe było użycie soli różnych kationów. Wybór jednak był ograniczony dodatkowymi warunkami, które spełnia jedynie sól glinu. Żel wodorotlenku glinu wytrąca się z roztworu przy pH mniejszym od około 6.

Wytrącony żel jest nierozpuszczalny w wodzie (przy pH naturalnej wody złożowej, około 7). Struktura żelu jest efektywna w uszczeinianiu nawet dużych kawern czyli żel wiąże duże ilości wody i ma dużą wytrzymałość na ścinanie (doświadczenia zrywania żelu prowadzono zwiększonym gradientem hydraulicznym). Sól i roztwory siarczanu glinu są bezpieczne w używaniu (nie trujące i powodujące bardzo niewielką korozję instalacji). Cena soli użytej do sporządzenia żelu jest niska i sól jest dostępna w handlu.

Roztwory siarczanu glinu stosowane w sposobie według wynalazku można wstępnie zobojętniać do pH 3,9, a nawet 4, w przypadku niedużego stężenia (rzędu kilku %). Z powyższego wynika, że roztwór siarczanu glinu może mieć pH 4, co zasadniczo zmniejsza własności korozyjne.

Graniczne pH 4 wytrącania się żelu z roztworów wpływa także znacznie na szybkość tworzenia żelu w skale.

W przypadku bardzo niskiego pH wytrącania, żel tworzy się natychmiast po zetknięciu roztworu z węglanem wapnia.

Poniżej przedstawiono przykłady wykonania wynalazku nie ograniczające jego zakresu.

Przykład I. Do rdzenia skały złożowej siarki (o średnicy 100mm) zawierającego liczne kawerny, o przepuszczalności w przepływie wody 4,2 Darcy (3,5 m/dobę) wprowadzono 20*% roztwór siarczanu glinu wstępnie zobojętniony do pH 3,9 i zatrzymano przepływ. W następnym dniu zwiększano gradient hydrauliczny w celu wywołania przepływu wody. Przepływ rozpoczął się dopiero przy gradiencie hydraulicznym 50 (5 at/m). Przepuszczalność w tym przepływie wyniosła 3*% pierwotnej przepuszczalności (0,1 m/dobę).

Przykład II. Do rdzenia skały złożowej siarki o przepuszczalności w przepływie wody 4,1 Darcy (3,4 m/dobę) wprowadzono przy gradiencie hydraulicznym 0,4 (a więc z prędkością filtracji

1,4 m/dobę), 20*% roztwór siarczanu glinu wstępnie zobojętniony do pH 3,9. Następnie, po 30 minutach, bez zatrzymywania przepływu zamieniano roztwór na wodę. Gradient hydrauliczny w tym przepływie podniesiono najpierw do 1,4, a po kilku godzinach do 3,8. Przepuszczalność w tym przepływie wody wynosiła 12*% pierwotnej wartości.

165 329

Przykład III. Do rdzenia sikały złożowej siarki o przepuszczalności w przepływie wody 0,5 Darcy (0,4 m/dobę) wprowadzono 10% roztwór siarczanu glinu bez wstępnego zobojętniania (pH2), przy gradiencie hydraulicznym 1, czyli z prędkością filtracji 0,4 m/dobę. Po 25 min przepływ ustalił się na prędkości filtracji 0,026 m/dobę, czyli przepuszczalność zmniejszyła się 15krotnie. Taka sama przepuszczalność pozostała w dalszym przepływie wody.

Przykład IV. Do rdzenia skały złożowej siarki o przepuszczalności w przepływie wody 0,2 Darcy (0,15 m/dobę) przy gradiencie hydraulicznym 1 wprowadzano 10% roztwór siarczanu glinu (bez wstępnego zobojętnienia) w temperaturze 80°C. Po 1 godz. przepływ ustalił się na prędkości filtracji 0,008 m/dobę, czyli zmniejszył się blisko 20-krotnie. Ta zmniejszona przepuszczalność utrzymywała się w dalszym przepływie wody w tej temperaturze (80°C).

Z wszystkich wykonanych eksperymentów, ilustrowanych powyższymi przykładami, można wnioskować, że: wielkość zmniejszenia przepuszczalności uzyskana w sposobie według wynalazku zależy od własności skały (przepuszczalność w przepływie wody, wymiary i struktura porówkawern), charakterystyki wprowadzonego roztworu (stężenie, ewnetualnie wstępne zobojętnienie, dodatek innych soli) oraz od sposobu wprowadzenia roztworu do skały (szybkość wprowadzenia roztworu lub wielkości porcji). Szybkość wytrącania żelu w porach skały można regulować stężeniem roztworu, wstępnym zobojętnieniem lub szybkością jego wprowadzania. Wszystkie parametry zabiegu można ustalić na podstawie wstępnych eksperymentów i rozważań lub na podstawie znajomości cech złoża i zebranych doświadczeń z wykonanych już zabiegów.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób uszczelniania sikał węglanowych, znamienny tym, że sporządza się roztwór siarczanu glinu w wodzie o stężeniu 5 - 25%, z ewentualnym wstępnym zobojętnieniem i/lub z ewentualnym dodatkiem soli zwiększających uwodnienie wytrąconego żelu, następnie wprowadza się ten roztwór w skałę i pozostawia się w porach skały w małym przepływie, przez ewentualne zmniejszenie zasilania złoża, na czas od 0,5 - 24 godzin.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że roztwór siarczanu glinu zobojętnia się do pH 3 -4 za pomocą roztworu alkalicznego, zwłaszcza wodorotlenku sodu.
3. 3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako sole zwiększające uwodnienie żelu dodaje się sole sodu, zwłaszcza chlorek sodu.