NO147613B - Fremgangsmaate for aa konsolidere en underjordisk, permeabel, gassholdig formasjon som omgir en broenn - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for å konsolidere en underjordisk, permeabel, gassholdig formasjon som omgir en brønn, ved å hydrolysere injisert siliciumhalogenid med vann som kleber til veggene i porerommene, til amorft siliciumoxyd under bibeholdelse av permeabiliteten i formasjonen.

Der eksisterer tallrike underjordiske formasjoner fra hvilke gasser, som hydrocarbongasser, utvinnes via brønner som gjennomtrenger slike formasjoner. Hvis formasjonsdelene som omgir en brønn -består av formasjonskorn som er utilstrekkelig bundet sammen, vil store mengder av slike korn bli løsnet fra formasjonen av gassen som strømmer fra porerommene inn i brønnen og hindrer utvinningen av gass gjennom brønnen. Flere typer av behandlinger som tar sikte på å konsolidere eller forbedre konsolideringen av formasjonsdelene som omgir produksjonsbrønner, har vært foreslått og prøvet tidligere. Det ble imidlertid klart at skjønt disse metoder ofte viste seg vellykket til å forbedre konsolideringen av inkompetente formasjonsområder hvor porerommene derav var fylt med væske som råolje, var disse metoder, når de ble anvendt på gassfylte formasjoner, tilbøyelige til å skade permeabiliteten av formasjonsporerommene ved væskeblokkering.

Et mål <y>ed foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe en be-handlingsmetode for å forbedre styrken av en inkompetent gassholdig formasjon uten å skade permeabiliteten derav i en slik grad at det ville gjøre brønnene hvorigjennom behandlingen ble ut-ført, uegnet for utvinning av gass derfra med økonomiske produk-sjonshastigheter.

Et annet mål ved oppfinnelsen, er å skaffe en billig behandling for å konsolidere en gassholdig formasjon i sonen derav som omgir brønnen som gjennomtrenger formasjonen, hvilken behandling dessuten er enkel og kan utføres med et minimum av ut-styr .

Ved foreliggende fremgangsmåte injiseres en blanding av siliciumklorid og/eller siliciumfluorid i dampform og en tørr, inert bæregass, i formasjonsdelene som skal behandles, og det injiserte.siliciumhalogenid hydrolyseres med vann som kleber til veggene av. porerommene under dannelse av amorft siliciumoxyd som konsoliderer formasjonen under bibeholdelse av dens permeabilitet.'

Siliciumtetraklprid, siliciumhexaklorid og siliciumortho-klorid er eksempler på siliciumklorider som kan anvendes ved foreliggende fremgangsmåte.

Fremstillingen av den gassformige blanding kan enten finne sted ved jordoverflaten ved eller nær toppinngangen av brønnen, eller i brønnen på et nivå nær delene som skal konsolideres. I det- sistnevnt^tilfelle tilføres bæregassen og siliciumhalogenidet eller -halogenidene. til det nevnte nivå gjennom adskilte passasje-veier i brønnen.

' • ' ■ i

Anvendelsen av halogenider av silicium for plugningsformål

i porerommet rundt brønner har.vært kjent i lang tid. Siliciumklorid oppløs.t.-yL, olje og siliciumf luorid i dampfase har vært injisert i vaniifilterlag som må avstenges.

Dessuténjfer anvéndelsen av. halogenider av silicium oppløst i ikke-vand i gé.^væsker kjent f or å konsolidere vannvåte oljeholdige formasjonsdeler. Anvendelse av denne kjente metode i en vannvåt gassholdig formasjon ville imidlertid alvorlig skade permeabiliteten derav da-xlen .ikke-vandige '.væske som blir tilbake i porerommet, ikke fullstendig kan fjernes derfra efter behandlingen.

. Generelt kan det sies at anvendelsen av væsker i en gassbrønn for behandlingsformål ikke ansees for å være tiltrekkende da det ofte vil føre ,-t-il produksjonsnedsettelse av brønnen på grunn av brønnens manglende evne til å rense seg selv, når brakt i produksjon, for væskene som har trengt inn i formasjonen under behand-

lingen. Denne såkalte væskeblokkering av porerom er en alvorlig ulempe ved de kjente behandlinger beregnet på å konsolidere formasjonen omkring gassbrenner.

Oppfinnelsen vil nu bli beskrevet ved et eksempel i mere detalj med referanse til noen laboratorieforsøk og feltanvend-elser. Figur 1-3 viser oppførselen av løse sandpakninger med et variabelt vanninnhold, og konsolidert ved foreliggende fremgangsmåte.

Fig. 1 viser et diagram av trykkfasthet ved konsolidering

av kjernene i kg/cm 2 (langs Y-aksen) mot opprinnelig vanninnhold i vekt% av sanden (langs X-aksen). Fig. 2 viser et diagram for trykkfasthet ved konsolidering av kjernene i kg/cm (langs Y-aksen) mot vekten av sementeringsmateriale i vekt% av sanden (langs X-aksen).

Fig. 3 viser et diagram.av permeabilitetsbibeholdelsen

(i %) ved konsolidering av kjernene (langs Y-aksen) mot det opprinnelige vanninnhold av sanden i vekt% (langs X-aksen).

Laboratorieforsøk

Konsolideringsforsøk har vært utført på sandkorn pakket i

en glass-kjerneholder. Sanden var på forhånd blandet med en kjent mengde vann. Vannet som klebet til veggene av porerommene mellom sandkornene, ble derefter brakt i kontakt med en blanding av konsolideringsmidlet siliciumtetraklorid i dampform og en bæregass (som nitrogen, luft eller methan). Blandingen ble dannet ved å boble bæregassen gjennom en bobler inneholdende flytende siliciumtetraklorid .

Efter at det amorfe siliciumoxyd var dannet på veggene av porerommene (hvilke vegger innbefatter kontaktpunktene mellom nabo-sandkorn) ved hydrolyse av siliciumtetrakloridet av vannet som kleber til de nevnte vegger, ble den konsoliderte kjerne tatt ut av glassholderen og dens trykkfasthet, permeabilitet og vannstabilitet bestemt som det vil bli beskrevet mere detaljert i forbindelse med tabell 1 og 2.

Forsøkene viste at reaksjonen mellom siliciurahalogenid og vann var i det vesentlige momentan. Behandlingstiden ved foreliggende fremgangsmåte avhenger således av hastigheten ved hvilken konsolideringsmidlet injiseres og mengden av konsolideringsmiddel som injiseres. Denne hastighet er en funksjon av hastigheten med hvilken bæregassen pumpes inn i brønnen, og av siliciumhalogenid-konsentrasjonen. Preparatet, trykk og temperatur, av bæregassen regulerer den maksimale konsentrasjon av konsolideringsmidlet som kan bæres i dampfasen. Konsolidering kan utføres av gass-blandinger med konsolideringsmiddelkonsentrasjoner varierende fra i det vesentlige mettet til den laveste konsentrasjon, diktert av økonomiske begrensninger.

Det vil forståes at anvendelsen av foreliggende fremgangsmåte unngår nødvendigheten for å la brønnen være lukket efter konsoli-deringsoperasjonen er avsluttet, som tilfelle er ved kjente kon-solideringsreaksjoner ved hvilke harpiksaktige bestanddeler anvendes for konsolideringsformål med bibeholdelse av permeabilitet.

Da siliciumtetraklorid reagerer med vannet som kleber til veggene av porerommene i henhold til ligningen: SiCl^ (gass) + 2H2<D (væske) >si02 (am°rf,t) + ijHGl (gass)

bør det haes i erindring at under spesielle forhold kan det være nødvendig å nøytralisere den dannede saltsyre. Gassformig ammoniakk kan anvendes til dette formål. Virkningen av ammoniakk på-.konsolideringen ble undersøkt ved overspyling med ammoniakkgass fulgt av et volum tørr gass. Der var ingen forandring i den simple trykkfasthet.

1. Styrke av konsolidering

Resultatene av simple trykkfasthetsmålinger på forskjellige kjerner er angitt i tabell 1.

Springvann ble anvendt i alle forsøk for å væte sandkornene.

Den anvendte sand var "Oude Pekela Sand". Dette er en over-f latesand med ■ dlQ = l<6>o um

d 75 = 130 um

d95= 83 um

og 2,5% < 50 um

(N.B. dj^ = X um betyr at N% av sandkornene er større enn X um).

Luft ble anvendt i alle forsøk som bæregass.

Trykkfasthetsmilingene ble utført på kjernen tatt ut av glasskjerneholderen. Under disse målinger var kjernene ikke innesluttet (dvs. ikke understøttet ved sideveggene derav).

I senere forsøk ble det vist at styrken ikke øket med tiden når kjernen ble eldet ved værelsetemperatur. Anvendelsen av mettede saltoppløsninger istedenfor springvann for å mette kjernen, førte til en lignende styrke.

2. Permeabilitet av konsolidert kjerne

Permeabilitetsmålinger ble utført med kjernen montert i glasskjerneholderen. Ekstra målinger ble også utført på små kjerner skåret fra den større kjerne omtalt ovenfor.

"Ruska" gass-permeameteret ble anvendt for disse små kjerner. Disse resultater er vist i tabell 2.

Tabell 2 viser at permeabiliteten straks efter konsolidering (k-tøj-j.) er av samme størrelsesorden som permeabiliteten av den våte pakning før behandling. Dette viser at volumet av amorft siliciumoxyd dannet som følge av behandlingen, er omtrent likt volumet av vann som var tilstede før konsolidering. Ved flømning av den konsoliderte kjerne med vann og gass, tilveiebringes en ny vannmetning som følge av hvilken gasspermeabiliteten nedsettes ytterligere (k ^t efter konsolidering).

3. Vannstabilitet

Forsøk viste at den konsoliderte kjerne var stabil når den var i kontakt med irostående vann. Stabilisering av konsolideringen vil derfor ikke være noe problem i de gassfelter hvor den utvundne gass er tørr. I slike felter vil konsolideringen ikke være i kontakt med strømmende vann, og de konsoliderte deler av den behandlede formasjon vil derfor bibeholde sin opprinnelige trykkfasthet som skyldes konsolideringsbehandlingen. Små mengder av vann i kontakt med konsolideringen vil dessuten ikke bevirke noen nedsettelse i styrken av denne så lenge som vannet er irostående.

Strømmende, vann viste seg å angripe konsolideringen og

gjøre formasjonen ukonsolidert. Dette ble vist ved et forsøk i hvilket en konsolidert kjerne (av 8 cm lengde og 2,5 cm diameter)

ble anbrakt i en gummihylse og spylt med springvann ved værelsetemperatur og med en hastighet på 3 l/h. Kjernen ble ukonsolidert efter 7 dager.

Spesielle forholdsregler for stabilisering av det konsolider-ende materiale bør derfor taes når det er i kontakt med strømmende vann. Slike forholdsregler innbefatter trinn å gjøre det kon-soliderende materiale i det vesentlige hydrofobt. Stabiliserings-midler som aryl- eller alkyl-siliciumhalogenider, f.eks. dimethyl-diklor-silan, kan tilføres til formasjonsdelene som skal behandles ved å injisere en plugg av slikt middel i væske- eller gassfase efter konsolideringsprosessen, eller i dampfase ved å inkorporere midlet i den gassformige blanding bestående av en bæregass og siliciumkloridet eller -fluoridet som injiseres for konsolideringsformål. En lignende virkning kan oppnåes ved å erstatte en del av det opprinnelig tilstedeværende vann med en alkohol, eller ved å injisere en plugg av alkohol (som ethanol og methanol) enten i væske- eller gassfasen efter konsolideringsprosessen .

Til slutt henvises til fig. 1-3 på tegningen som viser opp-førselen av kjerner med et variabelt vanninnhold, når de konsolideres ved foreliggende fremgangsmåte. På tegningene viser: fig. 1 (som svarer til data i tabell 1) en kurve av trykkfasthet ved konsolidering av kjernene i kg/cm 2 (langs Y-aksen) mot opprinnelig vanninnhold i vekt% av sanden (langs X-aksen);

fig. 2 viser en kurve for trykkfasthet ved konsolidering av kjernene i kg/cm (langs Y-aksen) mot vekten av sementeringsmateriale i vekt% av sanden (langs X-aksen); og

fig. 3 (som svarer til data i tabell 2) viser et diagram for permeabilitetsretensjon (i %) ved konsolidering av kjernene (langs Y-aksen) mot det opprinnelige vanninnhold i sanden i vekt%

(langs X-aksen). Kurve A angir "tørr"-permeabiliteten (erholdt direkte efter konsolideringen) mens kurve B refererer seg til "våt"-permeabiliteten (erholdt efter vannflømning av den konsoliderte kjerne fulgt av spyling av kjernen med gass).

Feltanvendelse

Det følgende skjema er et eksempel på feltanvendelse av foreliggende fremgangsmåte.

(1) Naturgass tilgjengelig på utvinningsstedet føres gjennom et ytterligere tørretrinn og komprimeres til tilstrekkelig høyt trykk for gjeninjeksjon i formasjonen via en brønn som produserer eller ventes å produsere sand. (2) Den tørre gass (som inneholder høyst 0,05 vekt% vann) injiseres i brønnen som skal behandles i det minst i en tid som er tilstrekkelig til å fjerne alt vann fra innsiden av rørene i brønnen. Tørrgassinjeksjon bør fortrinnsvis fortsettes i tilstrekkelig lang tid til å redusere vannmetningen av sanden omkring brønnborehullet til en ønsket verdi som bestemt ved tidligere laboratorieforsøk. (3) Injeksjon av flytende SiCl^ i den tørre gass begynnes med en slik hastighet at der dannes en undermettet SiCl^-damp under betingelsene nede i hullet (gassen vil allerede være varm på grunn av kompresjonsvarmen). Injeksjon av SiCl^ fortsettes inntil alt vann, opptil en angitt dybde, har reagert, under dannelse av sementeringsmateriale. Mengden av konsolideringsmiddel som kreves, kan enkelt beregnes fra lengden av formasjonsintervallet som skal behandles, dybden av behandlingen (vanligvis 0,6 - 1,0 m), porøsiteten og vannmetningen av formasjonen og konsoliderings-reaksjonens støkiometri. (4) Efter stansning av SiCl^-injeksjonen, fortsettes injeksjon av tørr gass for å fortrenge all SiCl^-damp fra overflate- og sub-overflateutstyr. Tilstrekkelig ekstra gass kan injiseres til å fortrenge sure gasser dypt nok inn i formasjonen, slik at det kan antaes at tilstrekkelig basisk stenmateriale kommer i kontakt slik at det reagerer med det meste av saltsyren som dannes under kon-soliderings reaksjonen . (5) Efterbehandlinger med andre kjemikalier, som dem som trenges for å nøytralisere dannet saltsyre eller for å "vannimpregnere" konsolideringen, utføres på samme måte som fremgangsmåten i trinn (3). (6) Produksjonsutstyret forbindes igjen, og produksjonen gjen-opptaes.

Ved en alternativ plan kan siliciumtetrakloridet (eller et hvilket som helst annet siliciumklorid, enten alene eller i blanding med siliciumfluorid, eller siliciumfluorid alene) føres i væskefase til det nivå i formasjonsdelene som skal behandles. Det flytende siliciumhalogenid føres så gjennom et rør (som en makaronistreng eller kveilet slange) forskjellig fra den hvorigjennom bæregass føres nedover til nivået av formasjonen som skal behandles. Ved det ønskede nivå i brønnen tilføres, det flytende siliciumhalogenid (f.eks. ved atomisering gjennom en spraydyse)

til bæregassen før det går inn i porerommene av formasjonsdelene som skal behandles. Det flytende siliciumhalogenid fordampes i bæregassen og går inn i porerommene i dampfase.

Det kan vise seg at den produserte naturgass ikke kan tørres tilstrekkelig på utvinningsstedet til å forhindre plugging av ledninger eller perforeringer under konsolideringsbehandlingen. Det kan også vise seg at andre bestanddeler av naturgassen er uforlikelige med siliciumhalogenidet eller -halogenidene som anvendes. I begge tilfelle velges en annen gass, som forvæsket naturgass som stammer fra et annet utvinningsområde eller forvæsket nitrogen. Begge de to sistnevnte gasser tørres omhyggelig under deres fremstilling og er derfor tiltrekkende som bæregass. Nitrogen er kjemisk inert, og derfor alltid forlikelig.

Det vil innsees at i tilfelle av at formasjonsdelene som skal behandles, inneholder en mengde vann som kleber til veggene av porerommene, hvilken vannmengde ikke ansees tilstrekkelig til å oppnå den ønskede trykkfasthet efter konsolidering, kan denne mangel på vann utlignes ved å injisere et volum våt gass, dvs. gass som innéholder en viss mengde vann i form av ekstremt små dråper. Det nødvendige ytterligere vann kan også tilføres til formasjonsdelene som skal behandles, ved å injisere en plugg vann

i porerommene av delene som skal behandles, fulgt av et volum av gass for å fordele dette vann over veggene av porerommene, og derved sikre en permeabilitet av disse formasjonsdeler, som har en" tilstrekkelig høy verdi til å tillate en økonomisk produksjon av hydrocarbongass efter hydrolyse av siliciumhalogenidet eller -halogenidene av vannet som er tilstede på veggene av porerommene.

Hvis formasjonen inneholder et uvanlig høyt vanninnhold som ville føre til en unødig høy permeabilitetsnedsettelse ved konsolidering, kan dette vanninnhold reduseres ved å injisere tilstrekkelig tørr gass, fortrinnsvis oppvarmet, inn i formasjons - delene.

I tilfelle porerommene i formasjonsdelene som skal behandles, inneholder en uønsket mengde gasskondensat, kan dette kondensat fjernes ved å injisere tørr gass i disse formasjonsdeler. Om nød-vendig kan den nødvendige mengde vann i formasjonsporedelene fåes ved tilføring av vann dertil på en av de to ovenfor beskrevne måter .

Det vil innsees at foreliggende fremgangsmåte med hell kan anvendes på formasjoner hvor porerommene derav i det minste delvis er fylt med olje. Til dette fortrenges denne olje fra porerommene av formasjonsdelene som skal behandles, ved hjelp av en gass injisert i disse deler. Denne gass kan forutgåes av en plugg væske som er egnet for å fortrenge oljen selv fra de steder av porerommene hvor store kapillarkrefter foreligger. Slik væske kan være en alkohol (som methanol), og er fortrinnsvis en væske med lavt damptrykk. Efter at oljen er fortrengt, innføres den nødvendige mengde vann i formasjonsdelene (på en av de to ovenfor beskrevne måter) for å væte veggene av porerommene av formasjonsdelene i tilstrekkelig grad til å oppnå konsolidering ved anvendelse av foreliggende fremgangsmåte.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for å konsolidere en underjordisk, permeabel, gassholdig formasjon som omgir en brønn, ved å hydrolysere injisert siliciumhalogenid med vann som kleber til veggene i porerommene, til amorft siliciumoxyd under bibeholdelse av permeabiliteten i formasjonen, karakterisert ved at der injiseres en blanding av siliciumklorid og/eller siliciumfluorid i dampform og en tørr inert bæregass i formasjonsdelene som skal behandles.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert at der anvendes en tørr inert bære.-gass som inneholder høyst 0,05 vekt% vann.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at veggene av porerommene fuktes med vann før injisering av blandingen, ved å injisere en plugg vann fulgt av et volum gass inn i formasjonsdelene som skal behandles.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller. 2, karakterisert ved at veggene av poreområdene fuktes med vann før injisering av blandingen, ved at der injiseres våt gass i formasjonsdelene som skal behandles.

5. <7> Fremgangsmåte ifølge krav 1 — 3, karakterisert ved at mengden av vann som kleber til veggene av porerommene nedsettes ved'at der injiseres tørr gass i formasjonsdelene som skal behandles.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 - 5, karakterisert ved at blandingskomponentene tilføres gjennom separate passasjer i brønnen til et nivå i brønnen nær delene som skal konsolideres, idet siliciumhalogenidet eller -halogenidene tilføres tii det nevnte nivå i væskefase.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1-6,. karakterisert ved at et volum ammoniakkgass fulgt av et volum tørr gass tilføres til de behandlede deler efter konsolidering derav.