RO112773B1

RO112773B1 - Procedeu pentru prevenirea unei circulatii cu pierdere la forarea unei gauri de sonda

Info

Publication number: RO112773B1
Application number: RO149128A
Authority: RO
Inventors: Robert D Sydansk
Original assignee: Marathon Oil Company Findlay
Priority date: 1989-07-14
Filing date: 1990-05-22
Publication date: 1997-12-30
Also published as: CN1048738A; RU2057780C1; BR9007244A; CN1022119C; NL9021077A; AU628608B2; TNSN90100A1; CA2016417A1; AU5946590A; WO1991001430A3; NO303403B1; NO920159D0; GB2248865B; MX166490B; GB9119289D0; WO1991001430A2; NO920159L; EG19240A; CA2016417C; GB2248865A

Description

Prezenta invenție se referă la un procedeu pentru prevenirea unei circulații cu pierdere semnificativă la forarea unei găuri de sondă în câmpuri petrolifere.

Se știe că un noroi de foraj este un fluid, care este făcut să circule de la o suprafață de pământ în jos printr-o gură de sondă forată spre un loc de foraj și înapoi, la suprafață, atunci când se forează într-o formațiune subterană care conține hidrocarburi.

Noroaiele de foraj sunt destinate îndeosebi să execute un număr de funcții ce cuprind răcirea și ungerea sapei de foraj, îndepărtarea deșeurilor de foraj de la gura de sondă, suportarea greutății coloanei de foraj și a sapei de foraj, prevederea unui cap hidrostatic pentru menținerea integrității pereților găurii de sondă, prevenirea curgerii masive a fluidelor peste locul gurii de sondă în gura de sondă și viceversa.

Majoritatea fluidelor de foraj obișnuite, cunoscute în materie, sunt convențional denumite “ noroaie de foraj “, care sunt dispersii de particule solide într-un lichid. Exemple de noroaie de foraj sunt dispersiile apoase de argile (de pildă, bentonită) și/sau gips. Noroaiele de foraj conțin de asemenea, în mod curent, unul sau mai mulți aditivi polimeri, în scopul controlării “pierderii de circulație” care reprezintă curgerea excesivă a noroaielor de foraj peste gura de sondă în afara gurii de sondă și în formațiune (US 4 740 319; 4 726 906; 4 657 119; 4 282 928). Soluțiile care conțin materiale ca aditivi polimeri, care inhibează noroaiele de foraj din gura de sondă în formațiune, sunt denumite “ fluide pentru pierderea circulației “.

Metodele de foraj reflectă o evoluție progresivă pentru a dezvolta fluide pentru pierderea circulației, care controlează în mod eficace pierderea de circulație într-o gamă largă a condițiilor de lucru.

Multe fluide folosite pentru pierderea de circulație, cunoscute în materie, sunt nesatisfăcătoare din cauza limitărilor operaționale care îngrădesc utilitatea lor. De pildă, unele din fluide pentru pierderea circulației sunt ineficiente în prezența unor soluții cu concentrație mare de sare, iar altele suferă o degradare termică atunci când sunt supuse la temperaturi de lucru ridicate. Cel mai important inconvenient este însăși lipsa fluidelor pentru pierderea de circulație în acest domeniu, care controlează în mod eficace pierderea de circulație ivită când se formează prin goluri care apar în formațiune.

Astfel a apărut necesitatea unui fluid de pierdere de circulație, care să prevină sau să redusă în mod eficient pierderea de circulație a unui noroi de foraj într-o largă gamă de condiții de lucru întâlnite. In mod specific, există nevoia unui fluid destinat pierderii de circulație, care nu numai minimalizează pierderea de circulație în roca formațiunii, dar care prezintă forță și integritate pentru a minimaliza pierderea de circulație în cavitățile aflate în comunicare directă cu gura de sondă, cum ar fi fracturile de rocă și rețelele de fracturi.

Procedeul pentru prevenirea unei circulații cu pierdere la forarea unei găuri de sondă, conform invenției, înlătură dezavantajele menționate prin aceea că el cuprinde; amestecarea componentelor unui gel cu curgere continuă la suprafață cuprinzând un polimer solubil în apă care conține carboxilat, un complex capabil de reticulare a acestui polimer și format din cel puțin o specie de crom III, electropozitivă și cel puțin o specie de carboxilat, electronegativă, și un solvent apos pentru acest polimer și acest complex, solventul având o concentrație ionică, situată între cea a apei distilate, deionizate, și cea a unei saramuri având o concentrație ionică, care se apropie de limita de solubilitate a saramurii, polimerul care conține carboxilat având o concentrație situată între circa 500 ppm, în greutate, și limita de solubilitate a polimerului în solvent, iar raportul în greutate al polimerului față de speciile de crom III și de carboxilat din complex fiind situat între 1:1 și circa 500:1, și circularea acestui gel prin gaura de sondă în timpul forării acesteia.

RO 112773 Bl

Invenția de față prevede un procedeu pentru prevenirea sau reducerea pierderii de circulație atunci când se forează prin metode obișnuite într-o formațiune subterană purtătoare de hidrocarburi.

Procedeul folosește un gel polimer continuu curgător, reticulat, ca un fluid pentru pierdere de circulație. Pierderea de circulație este nedorită din punct de vedere economic, deoarece este nevoie ca cineva să reumple continuu gura de sondă cu noroi de foraj costisitor. Pierderea de circulație este de asemenea de nedorit și din punct de vedere operațional și de siguranță, deoarece poate dăuna zonei productive când, în cazuri extreme, în zona de hidrocarburi se poate produce o erupție urmată de un incendiu al sondei.

In invenția de față, se folosește un gel în conformitate cu diferite forme de executare. In una din formele de executate, gelul este dispus în gura de sondă la începuturile operației de forare sub forma unui singur fluid pentru gura de sondă, având dublu rol de noroi de forare și de fluid pentru pierderea de circulație. In mod alternativ, gelul este dispus în gura de sondă ca un aditiv la un noroi de sondă obișnuit, de asemenea existent în gura de sondă. Gelul funcționează cu singurul rol de fluide de pierdere de circulație. In cele din urmă, gelul poate funcționa cu un rol de remediere prin dispunerea sa în gura de sondă, după ce a fost detectată pierderea de circulație.

Utilitatea invenției de față este atribuită compoziției specifice a gelului folosit ca fluid pentru pierderea de circulație.

Compoziția gelului polimer cuprinde un polimer cu conținut de carboxilat, un agent de reticulare complex de carboxilat și un solvent apos. Constituenții de gel sunt preamestecați la suprafață și reticulați ca să formeze un gel de curgere continuă, care inhibează în mod eficient curgerea fluidului de forare în formațiune atunci când este dispus într-o gură de sondă în timpul unei operații de foraj.

Gelul este dăunător pentru formațiune și este reversibil dacă urme de gel rezidual se acumulează în mod nedorit în apropierea locului gurii de sondă.

Geluri similare cu cele folosite în procedeul conform cu invenția de față au fost folosite în conformitate cu procedeele pentru tratament de îmbunătățire (CIT) cum rezultă din brevetele US²¹ 4 683 949 și 4 744 499. Cu toate acestea, cerințele de performanță ale gelurilor pentru pierdere de circulație diferă de acelea ale gelurilor CIT. Compoziția și proprietățile fluidului de pierdere de circulație trebuie să fie specifice pentru cererile de performanță ale operației de foraj. Invenția de față îndeplinește necesitatea în materie pentru un procedeu care folosește o compoziție de gel de polimer pentru controlul pierderii de circulație atunci când se forează sonde de gel polimer pentru controlul pierderii de circulație atunci când se forează sonde de hidrocarburi într-o gamă largă de condiții.

Invenția de față este un procedeu pentru minimalizarea pierderii de circulație atunci când se execută operații de foraj în conformitate cu metode cunoscute de specialiști în materie. Procedeul conform invenției de față se aplică fie ca să prevină o pierdere de circulație, fie ca un remediu atunci când pierderea de circulație a avut deja loc. Pierderea de circulație este indicată prin pătrunderea noroaielor de foraj într-o formațiune nou-forată, și printrun volum semnificativ redus al fluidelor de foraj revenite la suprafață sau prin neputința menținerii unei coloane de noroi de foraj în sondă.

Procedeul se realizează prin formularea unei compoziții de gel polimer reticulat la suprafață pentru dispunerea în gaura de sondă ce urmează să fie forată. Termenul “gel polimer reticulat”, așa cum este folosit aici, se referă la o rețea polimeră reticulată tridimensională continuă, având o mare greutate moleculară. Gelul conține un mediu lichid ca apă care se găsește în rețeaua polimeră solidă. Combinația unei componente lichide și a unei solide într-un sistem monofazic conferă gelului o comportare monofazică.

RO 112773 Bl

Compoziția de gel, folosită conform cu invenția de față, cuprinde un polimer, un agent reticulat și un solvent apos. Polimerul este un polimer cu un conținut de carboxilat care este solubil în apă, reticulabil, având una sau mai multe grupe de carboxilat sau, în mod alternativ, una sau mai multe grupe capabile să fie hidrolizate la grupe de carboxilat (de pildă, grupe de amidă). Polimerul cu conținut de carboxilat ce satisface criteriile poate fi un polimer sintetic sau un biopolimer. Greutatea moleculară medie a polimerului se găsește în intervalul de la circa 1 □ OOO la circa 50 000 000 , de preferință, de la circa 100 000 la circa 20 000 000 și mai ales de la circa 200 000 la circa 15 000 000.

Polimerul preferat conform invenției de față este un polimer de acrilamidă, care este definit aici ca un polimer sintetic solubil în apă, reticulabil, conținând una sau mai multe grupe de acrilamidă. Polimerii de acrilamidă utili cuprind poliacrilamidă, poliacrilamidă parțial hidrolizată și terpolimeri conținând acrilamidă, acrilat și o a treia specie. După cum este definit aici, poliacrilamidă (PA) este un polimer de acrilamidă având îndeosebi mai puțin de 1 % din grupele de acrilamidă sub forma unui carboxilat. Poliacrilamidă (PHPA) parțial hidrolizată este un polimer de acrilamidă având cel puțin 1 %, dar nu 100% din grupele de acrilamidă sub o formă de carboxilat. Polimerul de acrilamidă se poate prepara după orice fel de metodă obișnuită, cunoscută în materie, dar, de preferință, are proprietăți specifice ale unui polimer de acrilamidă preparat după metoda descrisă în brevetul US RO 32114.

Agentul reticulat, conform cu invenția de față, este un complex de carboxilat de crom. Termenul “complex” este definit în aceasta ca un ion sau moleculă conținând 2 sau mai mulți radicali ionici interasociați sau specii moleculare. Un ion complex, ca un întreg, comportă o sarcină electrică distinctă, în timp ce o moleculă complexă este electrică neutră. Termenul “complex” de carboxilat de crom” se referă la un singur complex, amestecuri de complecși conținând aceeași specie de carboxilat și amestecuri de complecși conținând specii diferențiate de carboxilat.

Complexul conform cu invenția de față cuprinde cel puțin una sau mai multe specii de crom III electropozitive și una sau mai multe specii de carboxilat electronegative. Complexul mai poate conține în mod avantajos una sau mai multe specii de hidroxid și/sau oxigen electronegative. Se consideră că atunci când în complex se găsesc două sau mai multe specii de crom III, speciile de oxigen sau de hidroxid pot ajuta să facă punte cu speciile de crom

III. Fiecare complex conține, eventual, specii suplimentare care nu sunt esențiale pentru funcția de reticulare a polimerului din complex. De pildă, ioni anorganici monoși/sau bivalenți, care funcționează numai pentru a echilibra încărcarea electrică a complexului sau una sau mai multe molecule de apă; se pot asocia cu fiecare complex în parte. Formulele reprezentate ale acestor complecși cuprind:

/CH₃(CH₃CD₂)₆(0H]₂/¹⁺ ;

/Cr₃(0H]₂(CH₃C0₂)₆/N0₃.6H₂0 ; /Cr₃(H₂0]₂(CH₃C0₂)₆/³⁺ ;

/Cr₃(Ft01(CH,CQJ /(0^ (¾) .JH O etc.

“Cromtrivalent” și “ion cromic” sunt termeni echivalenți înglobați în termenul de specie “crom III” așa cum este folosit aici.

Speciile de carboxilat sunt derivate în mod avantajos de la săruri de acizi carboxilici în apă, îndeosebi acizi monobazici cu greutate moleculară. Speciile de carboxilat derivate de la săruri de acid formic, acetic, propionic și lactic, derivate substituite de la aceștia și amestecuri ale acestora sunt deosebit de preferate. Speciile de carboxilat cuprind următoarele specii solubile în apă: formiat, acetat, propionat, lactat, derivate substituite ale lor și amestecuri ale lor. Exemplele de ioni anorganici, eventual, cuprind ioni de sodiu, de sulfat, de nitrat și de clorură.

O bază de complecși de tipul descris mai sus șî metoda lor de preparare sunt bine cunoscute în materie de tăbăcire a pieilor. Acești complecși sunt descriși în

RO 112773 Bl

Shittleworth and Russel, Journal of the Society of Leather Trades’Chemists, The Kinetics of Chrome Tannage, partea I, United Kingdom, 1965, v.49, p. 133... 154 ; Part III, United Kingdom, 1965, v.49, p. 251.. .260; Part IV, United Kingdom, 1965, v.49, p.261 ...268; și Von Erdmn, Das Leder, Condensation of Mononuclear Chromium [III] Salts to Polynuclear Compounds, Eduard Roether Verlag, Darmstadt Germany, 1963, v. 14, p.249; Udy, Marvin J., Chromium, Volume 1: Chemistry of Chromium and its Compounds, Reimhould Publishing Corp., N Y, 1956, p.229...233; și Cotton and Wilkinson, Advanced Inorganic Chemistry 3rd Ed. John Wiley and Sons., N Y., 1972, p.836...839.

Invenția de față nu este limitată la complecșii și amestecurile lor specifice, descrise în referințele de mai sus, ea poate include și alții, satisfăcând definiția de mai sus.

Sărurile de crom și un cation monovalent anorganic, de pildă, CrCI₃ pot fi de asemenea combinate cu complexul de agent reticulat pentru accelerarea producerii de gel a soluției de polimer, așa cum este descrisă în brevetul US 4 723 605

Gelul este format prin amestecarea polimerului, a agentului reticulant și a solventului apos la suprafață. Amestecarea la suprafață cuprinde în mare măsură, între altele, amestecarea componentelor de gel în vrac, la suprafață, înainte de injectarea sau amestecarea simultană a componentelor la sau aproape de capul sondei prin mijloace de amestecare, aplicate treptat, în timp ce se injectează.

Amestecarea este realizată, de pildă, prin dizolvarea materialelor inițiale, pentru agentul reticulat într-un solvent apos corespunzător. Materialele inițiale exemplare cuprind CrAC₃.H₂0 solid, CrgACytOHJg solid sau o soluție etichetată “Chromie Acetate 50% Solutin din comerț, de pildă, de la McGean-Rohco Chemical Co., Inc., 1250terminal Tower, Cleveland, □hio, 44113, USA (brevet SUA⁵). Soluția de agent de reticulare se amestecă apoi cu o soluție apoasă de polimer pentru a produce gelul. Printre alte alternative, materialele inițiale pentru agentul de reticulare se pot dizolva direct în soluție apoasă de polimer pentru a forma gelul într-o singură etapă.

Procedeul de față înlesnește practicantului să pregătească un gel cu o rată predeterminată de gelifiere și cu proprietăți predeterminate de gel de rezistență și stabilitate termică din compoziția descrisă mai sus. Rata de gelificare este definită drept gradul de formare de gel ca o funcție de timp sau în mod sinonim rata de reticulare de gel. Gradul de reticulare poate fi stabilit în funcție de diferite variabile, cuprinzând viscozitate de gel, rezistență și eficiență față de blocare. Eficiența față de blocare este definită ca fiind reducere normalizată în rata de curgere printr-o puternică strangulare sau prin medii poroase oferită de un gel polimer reticulat față de un fluid non-gel, cum ar fi soluție de polimer nereticulat având aceeași concentrație de polimer ca și gelul. Rezistența gelului curgător este definită drept o rezistență de gel la filtrare sau la curgere. Stabilitatea termică este capacitatea unui gel de a rezista la temperaturi extreme fără a se degrada.

Pregătirea anume a unui gel, în mod descris în invenția de față, pentru a corespunde necesităților de performanță a unei operații de forare, este parțial prevăzută prin corelarea parametrilor de gelificare independenți, cu variabila dependentă de rata de gelificare, sunt condițiile de lucru la suprafață și de gelificare in situ cuprinzând: temperatură, pH, rezistența ionică și prepararea electrolitică specifică a solventului apos, concentrația polimerului, raportul greutății polimerului la greutatea complexului de crom III și specii de carboxilatîn amestec, gradul de hidroliză a polimerului și greutate moleculară medie a polimerului.

Intervalele operabile ale polimerilor de gelificare sunt corelate cu variabilele dependente de rata de gelificare și cu proprietățile de gel rezultate, folosind mijloace de tratare calitative în flacon, analiză cantitativă viscozimetrică, teste de

RO 112773 Bl filtrare și experimentale de inundare a miezului. Intervalele operabile ale unui număr de parametrii de gelifiere și corelația lor cu variabila dependentă sunt descrise mai jos.

Limita de temperatură minimă a gelului la suprafață este punctul său de congelare și limita superioară este în mod deosebit limita de stabilitate termică a polimerului. Gelul este menținut, în general, la temperatura ambiantă sau mai ridicată, la suprafață. Temperatura se poate potrivi prin încălzirea sau prin răcirea solventului apos. Un spor de temperatură în intervalul prescris mărește rata de gelificare.

pH-ul inițial al gelului se găsește în intervalul de la circa 3 la 13 și, de preferință, de la circa 6 la 13. Cu toate că gelificarea poate avea loc la un pH acid, scăderea pH-ului inițial sub 7 nu favorizează gelificarea. pH-ul inițial este, de preferință, alcalin, adică mai mare decât 7 la circa 13. Dacă, polimerul este PHPA, mărirea pH-ului în intervalul prescris mărește rata de gelificare.

Concentrația polimerului în gel este de circa 500 ppm până la limita de solubilitate a polimerului în solvent sau concetrația reologică a soluției de polimer, de preferință, de circa 750 la circa 200 000 ppm și mai ales 1000 la circa 50 000 ppm. Sportul concentrației de polimer mărește rata de gelificare și condiționează rezistența gelului la un raport constant de polimer la agent de reticulare.

Rezistența ionică a solventului apos poate proveni de la aceea a apei distilate deionizate până la aceea a soluției sărate. In general, apa proaspătă prezintă o concentrație totală de solide dizolvate sub 500 ppm și o soluție sărată, produsă, are o concentrație totală de solide dizolvate de peste 500 ppm. Astfel, apa proaspătă și soluțiile sărate, produse, se găsesc în intervalul util din invenția de față. Sporul rezistenței ionice a soluției poate mări rata de gelificare.

Raportul în greutate al polimerului la crom III și speciile de carboxilat, cuprinzând amestecul, este de circa 1 : 1 la circa 500 : 1, de preferință, de circa 2,5 : 1 la circa 100 : 1 și mai ales de circa 5 : 1 la circa 40 : 1. Micșorarea raportului sporește în general rata de gelificare și până la un anumit punct, mărește în general rezistența gelului, îndeosebi la o concentrație de polimer mare, constantă.

Gradul de hidroliză pentru un polimer de acrilamidă este de circa O la 60 % și, de preferință, de circa O la 30 %. In intervalul preferat, mărirea gradului de hidroliză în cele mai multe cazuri mărește rata de gelificare. Mărirea greutății moleculare a polimerului face să crească rezistența gelului.

Din aceste corelații, reiese că se pot produce geluri într-o foarte mare gamă de rate de gelifiere și proprietăți de gel, ca o funcție a condițiilor de gelificare. Astfel, pentru a produce un gel optim, conform cu invenția de față, practicantul predetermină rata de gelificare și proprietățile gelului rezultat, care întrunesc derințele de performanță ale unei situații date și după aceea, produce un gel cu aceste caracteristici predeterminante.

Cerințele de performanță cuprind condiții in situca: temperatură, parametrii pentru executarea forajului și geologia de forare. Pentru predeterminarea cerințelor de performanță, se folosesc metode analitice cunoscute specialiștilor în materie.

In general, se cere ca gelul să prezinte o rezistență suficientă pentru eliminarea sau pentru reducerea în mare măsură a pierderii de circulație a unui fluid de forare, atunci când o cantitate corespunzătoare din gel este prevăzută în gaura de sondă. Prin “reducerea pierderii de circulație, se înțelege gradul de pierdere de circulație experimentat atunci când prin folosire gelul este mai mic decât gradul de circulație experimentat, în cazul când se folosește un fluid de forare obișnuit, în absența gelului. Gelurile conform cu invenția de față, care satisfac aceste criterii, prezintă o viscozitate oscilatorie dinamică la 0,1 radiații pe secundă între circa 5 x 10² și circa 10⁹cP și, de preferință, între circa 5 x 10³și circa 4 x 10⁷ cP. Rezistența gelului se poate îmbunătăți prin suspendarea de solide inerte în gel, cuprinzând solide anorga

RO 112773 Bl nice inerte insolubile ca nisip și sticlă fibroasă sau solide organice inerte insolubile ca fibre celulozice și plastice.

Cantitatea de gel folosită în procedeul de față depinde de proprietățile 5 geologice ale formațiunii, cât și de condițiile de executare a forajului. Dacă în timpul forării se întâlnesc goluri mari care sunt în comunicație cu gura de sondă, poate să se ivească nevoia de mari volume de io gel, pentru umplerea golurilor și astuparea feței găurii de sondă. In aceste cazuri, pentru practicarea procedeului, conform cu invenția de față, pot fi necesare volume de gel de ordinul de 5DO barili și chiar mai 15 mult.

Dacă în timpul forajului nu se întâlnesc goluri mari, în general este nevoie numai de un volum de gel aproximativ egal cu volumul găurii de sondă forată pentru 20 practicarea invenției de față.

Se consideră funcțiile de gel ca un fluid de pierdere de circulație prin acoperirea și astuparea feței găurii de sondă pentru prevenirea curgerii fluidelor 25 peste această față. In mare măsură, toată reducerea de permeabilitate, provocată de gel în formațiune, are loc imediat adiacent cu fața găurii de sondă, adică la circa un centimetru de fața găurii de 30 sondă. Gelul nu trece în mod substanțial prin matricea de formațiune dincolo de această distanță. Ca rezultat, gelul nu dăunează formațiunii în sensul că nu inhibează în mod substanțial recuperarea 35 subsecventă a fluidelor de hidrocarburi din formațiune nici injecția de fluide în formațiune.

Așa cum este folosit aici, termenul “fața găurii de sondă” înseamnă că nu se 40 referă numai la fața găurii forate, ci la fața oricărui alt spațiu de gaură în comunicare directă cu gaura de sondă forată, cuprinzând fața de fracturi, rețelele de fracturi, cavernele și alte goluri. Aceste 45 goluri se pot extinde departe de formațiune, departe de gaura de sondă, dar se deosebesc de matricea de formațiune printr-o permeabilitate în mare măsură egală cu cea a găurii de sondă, 50 în timp ce permeabilitatea matricei este mult mai mică decât oricând.

Invenția de față se poate practica în conformitate cu o serie de forme de executare diferite. Intr-o formă de executare, conform cu invenția de față, gelul este așezat în gaura de sondă la începerea unei operații de forare obișnuită. Gelul este lăsat să circule prin gaura de sondă, forată în timpul operației de forare, pentru a reprezenta atât un fluid de forare, cât și unul care să prevină pierderea de circulație.

In altă formă de executare, gelul este un fluid de pierdere de circulație aditiv unui fluid de forare obișnuit, care în modul cel mai tipic este un noroi de foraj. Termenul “ noroi de foraj “, așa cum este folosit aici, este orice fel de noroi de foraj, cunoscut în materie, care nu conține gelul folosit în procedeul de față. Gelul se adaugă noroiului de foraj în așa fel încât să amestece uniform cele două materiale fără să degradeze fizic gelul în mod substanțial. Operația de forare se execută cu noroiul de foraj, în modul obișnuit, în timp ce gelul acționează ca un preventiv pentru pierderea de circulație. In acest caz, gelul poate îmbunătăți de asemenea în chip benefic proprietățile reologice ale noroiului de foraj.

Intr-o altă formă de executare, conform cu invenția de față, gelul este folosit ca un remediu. Dacă pierderea de circulație este detectată în timpul operației de forare, folosind un fluid de forare obișnuit, gelul este substituit pentru întregul volum de fluid de forare, fie în timpul operației de forare, fie atunci când se suspendă forarea în gaura de sondă. Dacă forarea nu a fost suspendată în timpul așezării gelului în gaura de sondă, forarea continuă cu gelul funcționând atât ca fluid de forare, cât și ca un fluid de pierdere de circulație. Dacă forajul a fost întrerupt, forarea se poate reîncepe după așezarea gelului în gaura de sondă, în timp ce gelul se folosește atât ca fluid de forare, cât și ca fluid de pierdere de circulație sau îl utilizăm ca un fluid de pierdere de circulație, așezând fluidul de forare obișnuit suplimentar, în gaura de sondă, pentru a acționa ca fluid de forare.

RO 112773 Bl

In toate formele de executare, conform cu invenția de față, descrise mai sus, fluidul de pierdere de circulație se poate injecta în gaura de sondă ca o compoziție complet gelificată sau, în mod alternativ, ca o compoziție parțial gelificată. Dacă fluidul este injectat ca un gel parțial, gelificarea completă are loc apoi in situ. Injecția de geluri parțiale prezintă trăsătura unei creșteri a viscozității de gel in situ, depășind timpul în care poate fi avantajos în anumite cazuri.

Un “gel parțial” , așa cum este menționat aici, este cel puțin oarecum reticulat, dar capabil de altă reticulare pentru completarea rezultată în gelul dorit, fără a mai adăuga mai mulți agenți de reticulare. Gelurile parțiale prezintă viscozitate și/sau o eficiență de blocare mai mare decât o soluție de polimer nereticulat. “Gelificare completă” înseamnă că compoziția de gel este incapabilă de altă reticulare, deoarece unul sau ambii reactanți, ceruți în soluția inițială, sunt consumați. Reticularea în continuare este posibilă numai dacă fie polimerul, fie agentul de reticulare sau ambii sunt adăugați la compoziția de gel.

In orice caz, toate gelurile folosite în procedeul folosit conform cu invenția de față sunt reversibile. Astfel, dacă se dorește îmbunătățirea îndepărtării gelului rezidual din gaura de sondă, după operația de forare, aceasta se poate face prin reducerea gelului, folosind peroxizi, hipocloriți, sau persulfați pentru desfacerea lui. Agentul se poate încorpora în compoziția inițială de gel, la suprafață, pentru a desface gelul, ca o operație suplimentară sau agentul se poate deplasa în gaura de sondă, în mod separat, pentru a readuce gelul la contact în timpul dorit.

Procedeul conform invenției prezintă avantaje prin faptul că gelul folosit prezintă utilitate într-o gamă a condițiilor de lucru. Gelul este eficace în prezența unor soluții sărate cu concentrație mare de sare și este rezistent degradării termice la temperaturi ce se întâlnesc în general în timpul operațiilor de forare. De asemenea, gelul se poate formula într-o foarte largă gamă de stabilire a timpurilor, reologiilor, rezistențelor și viscozităților. Cu toate acestea, gelul rămâne relativ insensibil față de variațiile minore, în condițiile în care este formulat. Astfel, gelul este gata de folosire pentru prepararea pe loc, pe terenul unde controlul procesului este adesea neprecis, cum ar fi locații neprielnice, la mari adâncimi, departe și aproape de coastă.

Pe lângă avantajele de lucru mai sus menționate, gelul folosit conform cu invenția de față poate oferi avantaje practice cu privire la fluide de pierdere de circulație cunoscute în materie. Procedeul de față este avantajos, deoarece componentele de gel sunt ușor disponibile și relativ ieftine. Gelul se poate aplica cu ajutorul unui echipament obișnuit pentru terenuri petroliere. In cele din urmă, compoziția de gel este relativ netoxică, pentru mediul înconjurător și sigură în manipulare.

In continuare, se prezintă exemple de realizare a procedeului, conform invenției, dându-seîn prealabil un tabel care este util pentru interpretarea datelor din exemplele de realizare.

Codul rezistentei de qel

Cod

A Nu se formează gel detectabil: gelul se prezintă ca având aceeași viscozitate ca și soluția de polimer originală și la vedere nu se detectează nici un fel de gel; B Gel cu mare fluiditate: gelul se prezintă numai ceva mai vâscos decât soluția inițială de polimer.

C Gel care curge: cea mai mare parte din gelul detectabil curge către partea superioară a flaconului după inversie.

D Gel cu curgere moderată : numai o mică porțiune (circa 5 la 15 %) din gel nu curge cu ușurință către partea superioară a flaconului după inversie: acest gel este caracterizat ca fiind un gel care “picură”.

E Gel abia curgător: gelul de-abia poate curge către partea superioară a flaconului sau o parte importantă (>15 %) din gel nu curge după inversie.

Soluțiile de polimer din următoarele exemple se prepară prin diluarea unei soluții apoase de polimer de acrilamidă cu

RO 112773 Bl un solvent apos și prin combinarea soluției diluate de polimer cu o soluție de agent de reticulare într-un flacon cu gâtul larg de □, 12 I pentru a forma o probă de 0,05 I. Proba se gelifică într-un flacon cu dop 5 și rezistența calitativă de gel se determină prin inversarea periodică a flaconului.

Dacă se obțin date cantitative de viscozitate, gelul se așază într-un reometru cu presiune și temperatură variabilă io (viscozimetru), având un mod de acțiune oscilator de 0,1 radi/s și 100% tensiune. Viscozitatea aparentă la o rată de forfecare de 0,1 s'¹ este înregistrată ca o funcție de timp. 15

In toate exemplele, polimerul de acrilamidă este poliacrilamidă parțial hidrolizată (PHPA) care este 30 % hidrolizată. Soluția de agent de reticulare este un complex sau un amestec de 20 complex și cuprinzând crom III și ioni de acetat preparați prin dizolvarea de CrAc₃.H₂D sau Cr₃Ac₇(0H]₂ solid în apă sau diluarea unei soluții obținută din comerț cu eticheta “Chromic Acetate 5D% Solution”. Solventul apos este apă de robinet din Denver, Colorado USA, dacă nu este altfel menționat.

Exemplul 1. PHPA are o greutate . moleculară de 11 000 000 și solventul apos este o soluție sărată de clorură de sodiu cu o concentrație de 5000 ppm. pHul soluției de gelificare este 8,6, temperatura de 22°C și raportul de PHPA la crom III este de 44 : 1.

In tabelul de mai jos, datele indică rezistența gelului care poate fi variată prin modificarea concentrației de polimer în soluția gelifiată, în timp ce menținerea raportului de polimer la agentul de reticulare este constantă.

Tabelul 1

Seria nr.	1	2	3	4
ppm PHPA	5000	3000	2000	1500
ppm Cr'	114	68	45	34
Timp (h)		Codul de gel
1,0	A	A	A	A
2,0	B	A	A	A
3,0	B	A	A	A
4,0	B	A	A	A
5,0	C	B	A	A
6,0	C	B	A	A
24	C	B	A	A
48	C	B	B	A
72	C	B	B	A
96	D	B	B	A
168	E	B	B	A
300	E	B	B	A
600	E	B	B	A
1200	E	C	B	A
2400	E	C	B	A

RO 112773 Bl

Exemplul 2. PHPA are o greutate moleculară de 5 OOO 000 și o concentrație de 8400 ppn în soluția de gelifiere. Solventul apos este o soluție sărată de clorură de sodiu având o concentrație de 5000 ppm. pH-ul soluției de gelifiere este 2,5, temperatura este de 22°C și raportul de PHPA la crom III este de 40 : 1. Datele din tabelul de mai jos arată că un gel folosibil se poate conduce la un pH relativ mare.

Tabelul 2

Timp (h)	Cod de gel
0,5	A
1,0	A
1,5	A
2,0	A
2,5	B
4,0	B
5,0	B
6,0	B
7,0	B
8,0	B
24	B
28	C
48	C
80	C
168	C
600	D
2040	D

Exemplul 4. PHPA-ul are o greutate moleculară de 11 000 000. Raportul de polimer la agent de reticulare de 66 : 1. Solventul apos este o soluție sărată sintetică de teren petrolier la un pH de 7,5 și o temperatură de 22°C. Compoziția soluției sărate sintetice este dată mai jos.

Datele din tabelul de mai jos arată că gelurile se pot forma în soluții sărate de teren petrolier.

Tabelul 4

Seria nr.	1	2
ppm PHPA	3000	5000
ppm Cr'	45	76
Timp [h]	Cod de gel
0,25	A	A
0,5	A	A
4,0	A	A
5,0	A	A
6,0	A	B
7,0	A	C
24	B	D
96	C	D
150	D	D
197	D	D
936	D	D

Compoziție de soluție sărată sintetică g/i
NBgCOg	0,249
NH₄CI	0,086
CaCI₂	0,821
MgCI₂.6H₂0	1,78
Na₂SC₄	1,09
NaCI	6,89

Exemplul 5. PHPA-ul are o greutate moleculară de 5 000 000 și solventul apos este o soluție sărată de teren petrolier, cu o concentrație de H₂S mai mare decât 100 ppm și o concentrație de solide dizolvate total de 0,33 % în greutate. Compoziția solventului este dată mai jos.

pH-ul soluției de gelifiere este de 8,5 și temperatura de 60°C. Datele din tabelul de mai jos arată că gelurile utili

RO 112773 Bl zabile se pot forma în prezență de H₂S și la o temperatură ridicată.

Tabelul 5

Seria nr.	1	2	3
ppm PHPA	3000	4000	5000
ppm Cr'	55	73	63
Raport în greutate	55	55	77
PHPA : Cr
Timp (h)	Cod de gel
□,5	A	A	A
1,0	A	A	A
1,5	A	B	C
2,0	B	C	D
3,0	C	□	□
4,0	D	D	D
5,0	D	D	E
7,0	D	E	E
12	D	E	E
27	D	E	E
75	D	E	E
173	D	E	E
269	D	E	E
605	D	E	E

Compoziție de soluție sintetică
Na⁺	252
Mg²⁺	97
Ca²⁺	501
CI	237
so²·	1500
hco₃	325

RO 112773 Bl

Exemplul 6. PHPA-ul are o greutate moleculară de 5 □□□ OOO și solventul apos este o soluție de clorură de sodiu având o concentrație de 3000 ppm. Concentrația PHPA-uluiîn soluția de 5 gelifiere este de 5000 și raportul de PHPA la crom III este 32:1. pH-ul soluției este de 10,2 și temperatura de 22°C.

Se execută trei experimente pentru determinarea efectelor forfecării asupra gelului. Gelul din seria 1 este pregătit fără agitare. Gelul din seria 2 este agitat timp de cinci minute cu 1750 ture/min cu o elice de patru cm într-un flacon cu dop de 6 cm diametru interior. După o oră de prelucrare, gelul din seria 3 este forțat printr-un tub de nylon de 10 cm lungime cu un diametru interior de 0,16 cm, cu o rată de 100 cm³ în 7,2 s și la cădere de presiune de 410 kPa ( o rată de forfecare de circa 50 000 s'¹) după o oră de pregătire. Datele din tabelul de mai jos arată că gelurile își mențin integritatea chiar după suportarea forfecării în timpul gelifierii.

Tabelul 6

Seria nr.	1	2	3
Timp (h)	Cod de gel
1,0	A	A	A
1,5	B	B	B
4,0	D	D	D
17	E	E	E
24	E	E	E
96	E	E	E
Viscozitatea aparentă la 50 s‘¹
96	1400	2000	2300

Exemplul 7. Se prepară două probe de gel din PHPA având o greutate moleculară de 5 000 000 în solventul apos din exemplul 5. Gelul din prima probă este reticulat cu crom III și gelul din proba a doua este reticulat cu un sistem de crom VI redox. Raportul de PHPA la agentul de reticulare este optimizat pentru fiecare sistem de gel.

Buclele tixotropice sunt experimentate de forfecare identice, executate la 22°C pe un reometru de presiune reometrică. Datele din tabelul de mai jos arată că gelul, conform cu invenția de față, prezintă o abilitate mult mai mare pentru rezistența la forfecare decât un gel comparabil cu un sistem de agent de reticulare diferit.

RO 112773 Bl

Tabelul 7

Seria nr.	1	2
agent de reticulare	Cr'	Cr^MRedox
ppm PHPA	2500	3000
PHPA: agent de reticulare	12,5	30
Rata de forfecare [s¹]	Viscozitatea (cP)
5	5300	1800
10	3800	1400
20	1900	800
40	1200	500
60	900	400
80	800	300
100	600	200
80	800	200
60	900	200
40	1000	200
20	1400	200
10	2000	200
5	3100	200

Exemplul 8. PHPA-ul are o greutate 2 5 moleculară de 5 OOO OOO și solventul apos este o soluție de clorură de sodiu cu o concentrație de 3OOO ppm. Concentrația de pHPA în soluția de gelifiere este de 5000 ppm, pH-ul soluției de gelificare este 3o de 10,2, temperatura este de 52°C și raportul de pHPA la crom III este de 32 : 1. Soluția de gelificare este făcută o oră după amestecare, în care timp, prin testarea în flacon nu se detectează gel 35 vizibil. 50 cm³ din proba de gel într-un filtru cu milipori. Gelului I se aplică o presiune de 3,51 kgf/cm² într-un efort de a-l împinge printr-un filtru cu milipori de acetat de celulozăde 8 microni cu un diametru 40 de 47 mm. Numai 0,8 cm³ din soluția de gelificare trec prin filtru după 10 min de presiune aplicată. Un întreg de 50 cm³soluția de polimer, fără agent de reticulare, trece prin filtru în 2,6 min, în condiții identice de lucru.

Rezultatele arată că soluția de gelificare este suficient reticulată numai după o oră de pregătire, pentru a o face îndeosebi nefiltrabilă. In același fel, o soluție de gelificare care nu poate trece printr-un filtru de 8 μ nu se așteaptă să străbată mulțumitor roca din matricea de formațiune competentă, care are o permeabilitate mai mică de 1000 md. Cu toate acestea, încercarea în flacon indică că soluția de gelificare rămâne foarte fluidă pentru folosirea ca fluid de forare.

Exemplul 9. Un gel matur se prepară prin reticularea de PHPA cu un complex de acetat de crom, PHPA-ul are o greutate moleculară de 11 000 000 și este diluat la o concentrație de 5000 ppn în apă de injecție sintetică. Circa 0,5 I de

RO 112773 Bl gel se injectează timp de 14 h prin fața unui tampon de miez de carbonat de Midcontinent Field de 35 md, în timp ce se aplică o presiune diferențiată de 2,95 kgF/cm² de-a lungul tamponului. Tamponul de miez este de 2,7 cm lungime și are un diametru de 2,5 cm. Din tamponul de miez se produce un filtrat limpede, având îndeosebi viscozitatea apei.

După injecția de gel, tamponul de miez este inundat timp de două zile cu circa opt volume de por de soluție până ce permeabilitatea tamponului de miez se stabilizează la 4,1 microdarcies (k^a/k^, = 0,00012).

Apoi, primii 4 mm din materialul de miez al feței de injecție se taie din miez. Permeabilitatea tamponului rămas, depășește puțin permeabilitatea inițială a tamponului (35 md).

Rezultatele arată că reducerea permeabilității este limitată la materialul de miez în primii 4 mm la fața de injecție. Astfel, gelul nu invadează în mare măsură roca de formațiune și nu determină reducerea permeabilității la o distanță importantă de la fața găurii de sondă.

In timp ce formele de executare, conform cu invenția de față, preferate și precedente au fost descrise și prezentate, se înțelege că alternativele și modificările, cum ar fi cele sugerate și altele, pot fi realizate și sunt cuprinse în scopul urmărit de invenția de față.

Claims

Revendicări

1. Procedeu pentru prevenirea unei circulații cu pierdere semnificativă la forarea unei găuri de sondă într-o formațiune purtătoare de hidrocarburi având o matrice de formațiune sub suprafața pământului, caracterizat prin aceea că, el cuprinde: amestecarea componentelor unui gel cu curgere continuă la suprafață cuprinzând un polimer solubil în apă care conține carboxilat, un complex capabil de reticulare a acestui polimer și format din cel puțin o specie de crom III, electropozitivă și cel puțin o specie de carboxilat, electronegativă, și un solvent apos pentru acest polimer și acest complex, solventul având o concentrație ionică situată între cea a apei distilate, deionizate, și cea a unei saramuri având o concentrație ionică care se apropie de limita de solubilitate a saramurii, polimerul care conține carboxilat având o concentrație situată între circa 500 ppm, în greutate, și limita de solubilitate a polimerului în solvent, iar raportul în greutate al polimerului față de speciile de crom III și de carboxilat din complex fiind situat între circa 1:1 și circa 500 : 1, și circularea acestui gel prin gaura de sondă în timpul forării acesteia.
2. Procedeu pentru prevenirea unei circulații cu pierderi a unui noroi de foraj la forarea unei găuri de sondă într-o formațiune având o matrice sub suprafața pământului, caracterizat prin aceea că cuprinde: supravegherea de la distanță a circulației acestui noroi de foraj în timpul forării găurii de sondă în formațiunea menționată; întreruperea forajului respectivei găuri când se detectează o circulație cu pierderi; plasarea unui gel cu curgere continuă cuprinzând un polimer solubil în apă cu conținut de carboxilat, un complex capabil de reticulare a acestui polimer și format din cel puțin o specie de crom III, electropozitivă, și cel puțin o specie de carboxilat, electronegativă, și un solvent apos pentru acest polimer și acest complex, toate amestecate la suprafață, în gaura de sondă menționată, atunci când se detectează o circulație cu pierderi a noroiului de foraj și după întreruperea acestui foraj; reluarea forajului găurii respective după plasarea gelului în gaura de sondă menționată.
3. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, gelul este lăsat să circule prin gaura de sondă în amestec cu un noroi de foraj.
4. Procedeu conform revendicărilor 1 și 2, caracterizat prin aceea că, acest complex de reticulare a polimerului este format în mod suplimentar din cel puțin o specie aleasă din grupa constând din specii de oxigen electronegative, specii de hidroxid electronegative, ioni anorganici monovalenți, ioni anorganici bivalenți, molecule de apă și amestecuri ale acestora.

RO 112773 Bl
5. Procedeu conform revendicărilor

1 și 2, caracterizat prin aceea că, solventul apos este o soluție sărată.
6. Procedeu conform revendicărilor

1 și 2, caracterizat prin aceea că, 5 polimerul cu conținut de carboxilat este ales din grupa constând din poliacrilamidă și poliacrilamidă parțial hidrolizată.
8. Procedeu conform revendicării

1, caracterizat prin aceea că cuprinde io monitorizarea circulației noroiului de foraj în timpul forării găurii în formațiune și plasarea gelului curgător în gaura de foraj când este detectată o pierdere a noroiului de foraj.
9. Procedeu conform revendicării

2, caracterizat prin aceea că, mai cuprinde injectarea noroiului de foraj în gaura de sondă după plasarea gelului în gaura de sondă și reluarea forării găurii de sondă.
10. Procedeu conform reven- . dicărilor 1 sau 2, caracterizat prin aceea că, gelul are un pH inițial de circa 3 până la circa 13, preferabil de circa 6 până la circa 13 și optim mai mari de 7 până la circa 13.