HU201590B - Method for improving the water injection to be carried out in fluid storing rocks containing clay minerals first in hydrocarbon reservoirs by sand rocks, sand/marly sand rocks - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás agyagásványokat tartalmazó fluidumtároló kőzetekben, elsősorban homokkövek, homokok, márgás homokkövek alkotta szénhidrogén tárolókban, víztároló kőzetekben, cirkulációs geotermikus tárolókban végrehajtandó vizbesajtolás javítására.

Ismeretes, hogy a szénhidrogéntároló kőzetekben, a primer termelés után, az eredeti (geológiai) ezénhidrogén készletek jelentős hányada (60-75%) kitermeletlenűl viszszamarad. A maradék szénhidrogének, elsősorban a maradék kőolajkészlet további kitermelésére alkalmasan kiképzett kutakon keresztül, legelterjedtebben a felszíntől történő fluidum visszasajtolást, vagy egyéb, vizes tárolószakaszokból történő fluidumátfejtést alkalmaznak. Annak ellenére, hogy- a másod-, harmadlagos termelési módszerek igen nagy számát dolgozták ki, legelterjedtebb és legolcsóbb megoldásnak az egyszerű vizvisszanyomáe (vizbesajtolás) bizonyult ezideig. A megoldás gazdasági szempontból előnyős, technikai megvalósítása tekintetében azonban nem minden esetben egyszerű, mert a vizbesajtolhatóság mind a tárolóközet sajátságaitól, mind pedig a visszasajtolásra rendelkezésre álló viz minőségétől jelentősen függ. A vízvisszasajtolásnak már az első szakaszában (megfelelően gondos tervezés esetén már a megvalósítás előtt) felmerült az a probléma, amivel viszonylag keveset foglalkoznak a szakirodalomban, nevezetesen a tárolókőzet és az injektált víz, vizes oldatok kompatibilitásának kérdésével, ami alatt nem csupán azt kell értenünk, hogy a visszanyomott kémiai anyagok szorpciős és degradációs veszteségeket szenvednek, hanem ide értendő a kózet-fluidum találkozásának pillanatától, a kőzetstabilitás, az agyagásványok állapota és stabilitása, az injektálhatóság fenntartása, stb. vagyis a természetes egyensúly (vagy kvázi egyensúly) megbomlása, megváltozása, illetve ennek következményei.

Ismeretes, hogy a tárolóközetek, különösen pedig az agyagásványokat mindig tartalmazó homokkövek és homokok, márgás homokok áteresztőképessége a pórusszerkezettől függ. Az agyagásványok jelenléte azonban bonyolítja ezt az egyszerű helyzetet, mivel azok kémiai és fizikai állapota alapvetően az ionos környezettel függ, különösképpen a duzzadóképes agyagásványoké, amelyek nemcsak pórusszerkezetűket, hanem kémiai állapotukat is változtatják a vizes fázisban lejátszódó ioncsere folyamatok során. A 2:1 rétegszerkezetű agyagásványok duzzadóképesek, ami a C-tengely irányában vett cellaméretek növekedését vagy csökkenését jelenti, és a változás attól függ, hogy az agyagásványok rétegszerkezetében milyen ionok foglalják el (kötik le) a szabad negatív töltéseket. Amennyiben az agyagásványok nagyméretű duzzadása azok diszpergálódását eredményezi, nyilvánvalóan hatással vannak a közét hidrodinamikai sajátságaira is, mégpedig károsan.

Ebből a szempontból analizálva az említett problémákat, megállapítható, hogy - néhány gázvisszanyomásos (például etán, etándús gáz, stb.) eljárástól eltekintve - ezintén minden esetben szükséges lenne mind a szorpciós jelenségek szabályozása, mind pedig az agyagduzzadásból, szerkezeti kollapszusból eredő, káros hidrodinamikai hatások megszüntetése. Ismeretes, hogy csupán az ioncseréről, a szorpcióról, a duzzadást diszpergálődásről vagy elektrosztatikai diszpergálódásról nem lehet említést tenni, mivel ezek a folyamatok szimultán játszódnak le, ezért kedvező irányú módosításuk is többféle hatást eredményez. Ha tehát az agyagásványok változásairól, azok módosításáról esik szó, célszerű egységesen agyag-hatásról beszélni, ezek aktivitásának csökkentését, szabályozását (kizárását) pedig összefoglalóan agyag-hatás inhibitálásnak nevezhetjük.

A technika állásához tartozik a 4 393 939. számú USA-beli szabadalmi leírás szerinti megoldás, amelynél a kútfúrási műveletek folyamán az agyagok stabilitásának megvalósítását 400-600 000 molekulatömegű polikationos polimerekkel kívánjuk megoldani. Ezen vegyületek hatásmechanizmusának, illettve a szöbanforgó eljárásnak jellemzője, illetve, hiányossága, hogy az agyag-hatás strukturális inhibitálasát nem képesek megvalósítani.

A 4 366 073 számú USA-beli szabadalmi leírás szerinti megoldásnál organikus polikationos polimereket alkalmaznak, amelyek az agyagásványokba nem épülnek be, csupán felületi szorpcióval kötődnek. Az agyagszerkezetek duzzadását, diszpergálását úgy akadályozzák meg, hogy adszorpcióval lezárják a szerkezeti .csatornákat' és igy a viz nem képes az agyaghoz hozzáférni. Hiányossága, hogy az agyag-hatás inhibitálás más típusú, illetve jobb hatásfokú változataira egyáltalán nem terjed ki a megoldás.

A 3 920 074 számú USA-beli szabadalmi leírás szerinti megoldás a vizoldható sziükátok alkalmazására épít és az injektivitás növelését tűzi ki célul. Konkrétan Na-ortoszilikátot ajánl, amely felhasználás a duzzadóképes agyagásványok tekintetében kifejezetten veszélyes a kialakuló vegyi reakciók következtében, ezért a szöbanforgó megoldásnak elsősorban nedveslthetöség beállítási, valamint hidrodinamikai áramláscsökkentő funkciója van, az agyag-hatások teljes figyelmen kívül hagyásával.

Nyilvánvaló, hogy minden fluidum besajtolás esetén, de különösképpen viz vagy vizes oldatok besajtolása során, a természetes ionoe egyensúly felbomlik, amely egyensúly-felbomlásban az agyagásványok is részt vesznek, mégpedig annál nagyobb mértékben, minél kevésbé kompatibilis a besajtolt viz a rendszer eredeti ionos hátterével, illetve az

HU 201590 Β agyagásványokkal. Éppen ezért fontos, hogy minden visszasajtolási művelet előtt gondosan analizálják mind az agyagásványokat, mind pedig a természetes tárolókózet-telepfolyadék egyensúlyt.

A találmánnyal célunk az említett hiányosságok kiküszöbölése, azaz az agyagásványokat tartalmazó fluidumtároló kőzetekben, igy szénhidrogén tárolókban végrehajtandó vizbesajtolási eljárás tökéletesítése, amely jobb hatásfokkal jellemezhető, mint az ismert megoldások.

A találmánnyal feladatunk a tárolókőzet és az injektált víz vagy vizes oldat kompatibilitásának minél teljesebb megvalósítása.

A találmány alapja az a felismerés, hogy a kitűzött feladat megoldható, ha a tárolókőzetekben jelenlévő agyagásványok változásait szabályozzuk, azaz, ha úgynevezett agyag- hatás inhibitálást végzünk.

A kitűzött feladatot a bevezetőben leirt típusú eljárásnál úgy oldottuk meg a találmány szerint, hogy vizbesajtolást megelőzően és/vagy a vizbesajtolás alatt a tárolókőzet(ek)be folyamatosan vagy szakaszosan, egy dugóban vagy több, adott esetben inért fluidum-dugókkal egymástól elválasztott dugókban állandó vagy folyamatosan vagy lépcsőzetesen változó koncentrációban kálium-, vagy ammönium-só vizes oldatát vagy azok keverékét sajtoljuk be a kőolajtermelés ismert eszközeivel 0Í1-500 g/1, előnyösen 0,1-300 g/1 koncentrációban és a tárolókőzet függőleges méretére számított 0,5-5000 m³, előnyösen 50-3000 ra³ mennyiségben.

A technológia egyszerűsítése szempontjából előnyős, hogy a tárolókózetek stabilizálására injektált kálium- és/vagy ammóniuro-sók szükséges ósszmennyiségét nem állandó koncentrációban, hanem ezen ionok keverékeiben K*:NH<*=0,01-500 arányok között, folyamatosan vagy lépcsőzetesen növekvő vagy csökkenő arányok beállításával, növekvő vagy csökkenő koncentráció-lépcsők alkalmazásával folyamatosan vagy szakaszosan, közbeiktatott inért elválasztó fluidum-dugók alkalmazásával vagy anélkül, kettő vagy több kisebb dugóból álló ciklusokban juttatjuk a tárolókba.

A találmány szempontjából célszerű, hogy a tárolókőzetek stabilizálására szolgáló kálium- és/vagy ammónium-vegyületeket folyamatosan vagy szakaszosan, egy vagy több injektáló dugóban, folyamatosan vagy lépcsőzetesen növekvő vagy csökkenő koncentrációban, inért elválasztó fluidum-dugók beiktatásával vagy anélkül juttatjuk a tárolóba.

A találmány szerinti eljárással besajtolt kationok tartósan beépülnek a duzzadó anyagásványok szerkezeti csatornáiba, módosítva azok szerkezeti sajátosságait. Ismeretes, hogy az agyagásványok ioncseréjét és szorpciós tulajdonságait elsősorban a szabad töltések helye és száma, továbbá a cserére rendelkezésre álló ionok koordinációs száma ⁴ határozza meg. A (SiO<) tetraéder kifelé mindig 4 negatív töltést mutat. Ha ezeket a töltéseket semlegesítik a csere során alkalmas kationok, akkor idegen ionok penetrációja már nem lehetséges. Ilyen esetben természetesen már a C-tengely-irányú szerkezetváltozás, tehát duzzadás nem lép fel. A fixálódó ionok a rétegszerkezetre igen erős .összehúzó’ hatást gyakorolnak (a Na* és Ca²* ionok koordinációs száma 6, de például a K* és NH* ionoké 12, ez utóbbiak tehát fixálódnak), ily módon stabilizálva az agyagszerkezetet.

Kálium- és ammónium-sóként előnyösen szervetlen vagy szerves sókat alkalmazhatunk. Előnyös példaként említhető káliumsók közül a klorid, nitrát, szulfát, acetát, karbonát, hidrogén-karbonát, hidroxid, fluorid, szilikát és rodanid, ammóniumsók közül a klorid, nitrát, szulfát, acetát, karbonát, hidrogén-karbonát, hidroxid és rodanid.

Az ammónia alkalmazható cseppfolyós vagy gázhalmazállapotban is.

Elvileg felhasználhatunk minden olyan, vízben jól oldódó szervetlen vagy szerves sót, amely disszociációja során biztosítja a megfelelő minőségű és koncentrációjú kationokat az inhibitáláshoz. Az agyag-hatás inhibitálást célszerűen úgy hajtjuk végre, hogy az előzetes laboratóriumi vizsgálatok alapján kiválasztott inhibitáló só oldatát a felszínen elkészítjük, majd ezt a rétegbe sajtoljuk 0,05-0,7, előnyösen 0,05-0,5 pórustérfogat (Vp) mennyiségben, amit azonnal követhet a vizbesajtolás. Az alkalmazandó inhibitáló sókoncentráció attól függ, hogy az inhibitálás során milyen mértékű ionfixálódást kívánunk elérni, de legalább 0,01, legfeljebb 5,0, előnyösen 0,01, legfeljebb 3,0 normáloldatokat alkalmazunk. Az inhibitoros kezelés hatására az anyagok egységcellája a C tengely irányába kontrahélódik, a szerkezet kötése stabilabb lesz, belső hidrátvize csökken, az egész kőzetszerkezet stabilitása megnő, az áteresztőképesség stabilizálódik, ily módon kedvező feltételeket biztosítva a vizvisszanyomás műveletéhez. Az agyag-hatás inhibitálásának nemesek stabilizáló szerepe jelentős, hanem az agyagásványok kedvezőtlen állapota miatt esetleg izolált maradékolaj lefűződések újramobilizálását is elősegíti azáltal, hogy az agyagásványok állapotát' invertálja. Hasonló megállapítás érvényes a rétegezett, egymással keresztáramlási kapcsolatban lévő formációk esetében is.

A találmány szerinti eljárás olyan agyag-hatás inhibitáló eljárás, amellyel a fluidumtárolókba, különösen az agyagásványokat tartalmazó homokkő, homok, márgás homok szénhidrogéntárolókba történő fluidumsajtolást, különösen pedig a viz, vizes vegyszeroldatok besajtolását, a besajtoló kút(ak) injek ti vitását jelentősen megjavítjuk oly módon, hogy a viz, vizes oldat besajtolását megelőzően, és/vagy a besajtolt vízzel, vizes oldattal együtt, abban feloldva, kálium-

Claims (2)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás agyagásványokat tartalmazó fluidumtároló kőzetekben, elsősorban homok5 kövek, homokok, márgáa homokkövek alkotta szénhidrogéntárolókban, víztároló kőzetekben cirkulációs geotermikus tárolókban végrehajtandó vizbesajtolás javítására, azzal jellemezve, hogy vizbeBajtolást megelőzően és/ 10 /vagy a vizbesajtolás alatt a tárolóközet(ek)be folyamatosan vagy szakaszosan, egy dugóban vagy több, adott esetben inért fluidum-dugókkal egymástól elválasztott dugókban állandó vagy folyamatosan vagy lépcső15 zetesen változó koncentrációban káliumvagy ammónium-só vizes oldatát vagy azok keverékét sajtoljuk be a kőolajtermelés ismert eszközeivel 0,1-500 g/1, előnyösen 0,1-300 g/1 koncentrációban és a tárolókőzet 20 függőleges méretére számított 0,5-5000 m³, előnyösen 50-3000 m³ mennyiségben.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a kationokat K*:NHV=0,01-500, K‘:ZrO²*=Q,01-300 tömegarányban tar25 talmazó sóoldatot alkalmazunk.

   és/vagy ammónium-sót juttatunk a tárolókőzetbe, amely inhibitáló ionok a tárolókőzetek agyagásványainak, különösen pedig a 2:1 rétegszerkezetű duzzadóképes agyagok szerkezetébe ioncsere folyamatban beépülnek és/ /vagy fixálódnak, ezáltal csökkentve a agyagásványok C-tengely irányú cellaméreteit, csökkentve a belső szorpciós kapacitást, megszüntetve az ioncserét, stabilizálva az agyagásványokat, egyidejűleg lekötve a felületi szabad negatív töltéseket, és mindezen folyamatok eredő hatásaként csökken, illetve megszűnik az agyagásványok duzzadási és elektrosztatikus hatások miatti diszperziója.

   A tárolókózet és a pórusos rendszer áteresztőképessége is stabilizálódik, miáltal a viz, vizes oldatok besajtolása lehetővé válik, illetve a besajtolhatóság javul, a befektetendő besajtolási energia csökken, a viz, vizes oldatok által érintett tárolózóna pedig megnő, az elárasztást hatásfok javul, továbbá a kezelés hatására csökken az elárasztandó tárolórész heterogenitása.

   A találmány szerinti eljárás előnye, hogy a 2:1 rétegszerkezetű, a duzzadóképes agyagásványokat stabilizálják a szerkezeti csatornáikba beépülő kationok, az agyag-hatás inhibitálását nem kell feltétlenül a vizvisszanyomást megelőzően el- 30 végezni, végrehajtható folyamatban lévő művelet közben is, továbbá nem szükséges állandó koncentrációjú oldatok alkalmazása, illetve állandó keverék ion-arányok betartása, mivel graduált koncentrációjú dugókkal ru- 35 galmasabban lehet igazodni a kőzet megkívánta kezelési mértékhez.

   Kiviteli példa

   A találmány szerinti eljárás bemutatásához különböző sókat alkalmaztunk változó ' koncentrációban.

   Besajtolási program:

   - 40 m³ 25 g/1 .KC1 + 25 g/1 NH«C1 besajtolása,

   - 40 m³ 10 g/1 KC1 + 15 g/I K2CO3 besajtolása,

   - 40 m³ 10 g/1 KC1 + 5 g/1 NH«C1 besajtolása,

   - 40 m³ 15 g/1 NH«C1 besajtolása.

   Az injektivitáBi index a 24 óra alatt besajtolt folyadéktérfogat (m³) és a kútfejnyomás (besajtolási nyomás) hányadosa. A besajtolás megkezdésekor az injektivitás 0,608 volt, ami tiz hónapos folyamatos besajtolás után 1,191-nek bizonyult, vagyis az injektivitás közel 50%-kal nőtt, ami a termelési technológia szempontjából igen jó eredmény.