DK146661B - Fremgangsmaade til dannelse af kanaler med hoej vaeskeledningsevne i formationsdele omkring et borehul - Google Patents

Description

- 1 - 146661

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til dannelse af kanaler med høj væskeledningsevne i en hård, syreopløselig, carbonhydridholdig formation omkring en brønd, navnlig i en kalkstensformation med Brinell-hårdhed på over 15, hvilken fremgangsmåde omfatter de i indledningen 5 til krav 1 anførte trin.

Størstedelen af de kendte fremgangsmåder til forøgelse af produktiviteten af formationer omkring et borehul gør brug af en kombination af bruddannelse i formationen og syrebehandling. Der kan eventuelt til-10 sættes et propmateriale til yderligere forøgelse af produktiviteten.

Der kendes et stort antal sådanne fremgangsmåder. I GB-patent-skrift 672 789 beskrives en fremgangsmåde, ved hvilken der dannes brud i formationen ved indsprøjtning af et viskost bruddannelsesmedium, som 15 eventuelt indeholder et propmateriale. Derefter kan der indsprøjtes en syreopløsning i bruddet til formindskelse af viskositeten af bruddannelsesmediet og til reaktion med formationen.

DS-patentskrift 2 689 009 omtaler indsprøjtningen ved bruddannel-20 sestryk af en viskos emulsion af en syre og en olie, hvilken emulsion indeholder et propmateriale, efterfulgt af indsprøjtningen af en vandig syre til nedbrydning af emulsionen og reaktion med formationen.

US-patentbeskrivelse 3 044 549 beskriver indsprøjtning af en blan-25 ding af olie, syre og et propmateriale ved bruddannelses tryk i en olieholdig formation.

US-patentbeskrivelserne 3 285 340 og 3 481 401 omtaler begge bruddannelse ved hjælp af et viskost medium, efterfulgt af indføring af et 30 propmateriale i bruddet. Derefter lukkes bruddet, og der indsprøjtes syre gennem bruddet, der indeholder propmateriale. Materialet er enten deformerbart og syreresistent eller gennemtraangeligt og fyldt med overfladeaktivt stof. Materialet beskytter lokalt brudvæggene mod syrean- - 2 - 146661 greb, hvilket medfører, at der dannes søjler i brudvæggene, hvor disse er i berøring med propmaterialet.

OS-patentbeskrivelse 3 642 068 beskriver bruddannelse ved hjælp af 5 et viskost medium efterfulgt af indføring af et propmateriale i brud-det. Materialet forskydes til en fjern beliggenhed i bruddet ved hjælp af en syre, som ætser de dele af brudvæggene, som er i nærheden af borehullet. Derefter lukkes bruddet.

10 OS-patentskrift 3 842 911 beskriver dannelsen af et brud og indfø ringen af et propmateriale i bruddet, efterfulgt af fuldstændig lukning af bruddet omkring propmaterialet og indsprøjtning af syre under betingelser, ved hvilke bruddet forbliver lukket.

15 Endelig omtaler US-patentbeskrivelse 3 768 564 dannelsen af et brud uden brug af et propmateriale, syrebehandling af det åbne brud og fortsættelse af syrebehandlingen, efter at bruddet er blevet lukket.

Selvom der kan opnås gode resultater med størstedelen af de oven-20 nævnte fremgangsmåder, er det ofte ønskeligt ved olieudvindingsprocesser i hårde, syreopløselige formationer at forøge produktiviteten i højere grad, end det er muligt ved disse fremgangsmåder.

Den foreliggende opfindelse har til formål at forøge den produk-25 tionsforøgelse, som kan opnås ved en fremgangsmåde af den indledningsvis angivne art til dannelse af kanaler med høj væskeledningsevne i en hård, syreopløselig carbonhydridholdig formation omkring en brønd, og formålet opnås ved at udøve fremgangsmåden som angivet i den kendetegnende del af krav 1.

30

Opfindelsen er nærmere forklaret i det følgende under henvisning til tegningen, på hvilken fig. 1 viser et lodret snit af et borehul gennem en under-35 jordisk formation, - 3 - 14666 1 fig. 2 i større målestok et snit efter linien Il-Il i fig.

1 af det i formationen dannede brud, fig. 3 det i fig. 2 viste snit efter indføring af afstiv ningsmiddel i bruddet, 5 fig. 4 det i fig. 3 viste snit efter indsprøjtning af syre i bruddet og ætsning af et kanalsystem i brudvæggene og fig. 5 det i fig. 4 viste snit efter ophævelse af væsketrykket i bruddet.

10

Den i fig. 1 viste formation er en kalkstensformation, som indeholder carbonhydrider i sine porerum, hvilke carbonhydrider skal hentes op gennem borehullet eller brønden 2, som strækker sig gennem formationen 1 og gennem den overliggende formation 3. Brønden 2 er forsynet 15 med udstyr, som normalt anvendes til dette formål. Det er derfor ikke nærmere vist på tegningen. Til forøgelse af produktiviteten af formationen 1 ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen dannes der først et lodret brud 4 i formationsdelen omkring brønden 2 ved indsprøjtning af en bruddannelsesvæske i formationen. Denne væske indføres fra det indre 20 af brønden 2 i formation 1's borehulrum gennem perforeringer 5, som er frembragt i brønden 2's foring 6. væsken indsprøjtes ved et tryk, som er tilstrækkeligt højt til at danne brud i formationen.

Til dette øjemed kan anvendes en hvilken som helst type af brud-25 dannelsesvæske, enten viskos eller ikke-viskos, som er egnet til dannelse af brud i formationen 1. Eksempler på viskose væsker er gelhol-digt vand, emulsioner af carbonhydrider i vand, emulsioner af vand i carbonhydrider og gelholdige carbonhybrider. Til denne viskosebruddan-nelsesvæske kan tilsættes et viskositetsnedbrydende middel, som nedbry-30 der bruddannelsesvæskens viskositet efter et bestemt tidsrum, enten under indvirkning af temperaturen i den brudte formation eller ved forsinket kemisk reaktion eller ved en hvilken som helst anden mekanisme.

Sådanne viskositetsnedbrydende midler er i og for sig kendt og behøver ikke at beskrives nærmere. Det samme gælder for sammensætningen af 35 bruddannelsesvæsken, de viskositetsdannende midler og de midler, som 146661 - 4 - hindrer vasketab, og som eventuelt er tilsat dertil, og injektionstrykkene, som skal benyttes for at fremkalde et brud.

Efter at bruddet 4 er frembragt holdes det åbent ved opretholdel-5 se af et tilstraakkeligt højt tryk af bruddannelsesvæsken. Bruddet 4's vægge 7 og 8 (se fig.2, som viser en forstørret detalje af snittet II-II i fig. 1) holdes således i en indbyrdes afstand på flere millimeter, og rummet mellem væggene indeholder bruddannelsesvæsken 9.

10 Derefter fortrænges bruddannelses væsken 9 fra bruddet 4 ved ind- sprøjtning af et viskost bæremedium 10 indeholdende et afstivningsmiddel 11 gennem brønden 2 og perforeringerne 5 ind i bruddet 4· Viskositeten af bærevæsken vælges lig med eller højere end viskositeten af bruddannelsesvæsken og er ihvertfald tilstrækkelig til at transportere 15 afstivningsmidlet 11 ind i bruddet 4. Som følge heraf opnås der en stabil fortrængning mellem bærevæsken 10 og bruddannelses væsken 9, og ved fortsat indsprøjtning af bærevæsken 10 fyldes bruddet med denne væske over hele sin højde (se fig. 3). Da bærevæsken 10 indeholder et afstivningsmiddel 11 fyldes bruddet 4 også med propmateriale over hovedsage-20 lig hele sin højde. Indsprøjtningen af bæremediet med afstivningsmidlet fortsættes, indtil afstivningsmidlet er tæt sammenpakket i bruddet 4.

Det vil forstås, at tærevæsken kan have samme sammensætning som bruddannelsesvæsken.

25 Afstivningsmidler, som er egnet til anvendelse ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen, er kornformede partikler som f.eks. silicasand. Opfindelsen er imidlertid ikke begrænset til brugen af sådant sand, men der kan også anvendes andre afstivningsmidler med dimensioner, som muliggør indføring af midlet i bruddet 4, og med resistens overfor de i 30 bruddet værende væsker og tryk. Eksempler herpå er glasperler, kornformede partikler af mineraler, knuste kokspartikler eller nøddeskaller, fx. valnøddeskaller eller kokosnøddeskaller.

Derefter pumpes en syreopløsning ned gennem brønden under et tryk, 35 ved hvilket opløsningen træder ind i bruddet 4 og holder dettes vægge i 146661 - 5 - en sådan indbyrdes afstand, at afstivningsmidlet ikke sammenpresses derved. Opløsningen træder ind i dette brud gennem perforeringerne 5 i foringen 6, hvilke perforeringer er fordelt over den del af foringen 6, som ligger udfor den olieproducerende del af formationen 1. Ved passen-5 de valg af sammensætningen af lærevæsken 10 opretholdes dennes oprindelige viskositet hovedsagelig mindst i det tidsrum, i hvilket syreopløsningen indsprøjtes i bruddet, som indeholder den viskose bærevæske 10 næd afstivningsmidlet 11. Syren indsprøjtes ved et tilstrækkeligt højt tryk til at forhindre lukning af bruddet 4.

10

Viskositetsforholdet mellem den viskose bærevæske 10 og syreopløsningen vælges således, at fortrængningen af bære væsken i bruddet ved hjælp af syreopløsningen, som indføres i bruddet, er ustabil, hvilket medfører en såkaldt forgrening af syreopløsningen gennem den viskose 15 masse af bærevæsken. En sådan ustabil fortrængning opnås allerede ved forholdsvis lave værdier af viskositetsforholdet, fx. af størrelsesordenen 50. Por at holde tværsnitsarealet af syrens strømningsveje tilstrækkeligt lille til at fremme en ønsket udbredning af disse strømningsveje i bruddet i sideretningen i forhold til brønden kan dette 20 viskositetsforhold forøges til en værdi på 150 eller derover. En udmærket forgrenet fortrængning kan opnås ved et viskositetsforhold mellem 200 og 300. Viskositetsforholdet måles ved de i bruddet herskende betingelser.

25 Det vil forstås, at brugen af et flertal perforeringer 5 i den lodrette foring 6, anbragt i forskellige niveauer over den udfor den oliedannende formation 1 liggende del af foringen bevirker dannelse af et antal forgrenede strømningsveje 12 af syren gennem den viskose bærevæske, hvilke strømningsveje er hovedsagelig ensartet fordelt over høj-30 den af bruddet 4.

De forgrenede strømningsveje 12, som følges af syreopløsningen og udgår fra perforeringerne 5, danner basis i et kanalsystem, som derefter ætses i bruddet 4's vægge 7 og 8 ved indvirkningen af syreopløsnin-35 gen på materialet i væggene vinder fortsat indsprøjtning af syre i brud- - 6 - 146661 det 4. Fig. 4 viser snittet ifølge fig. 3, medens syreopløsningen 13 føres derigennem. Strømningsveje for syreopløsningen er begrænset af brudvæggene 7 og 8 og af det i bruddet værende viskose tøsremedium 10. X væggene 7 og 8 ætses kanaler 14 og 15 ved kemisk reaktion mellem syre-5 opløsningen og kalkstenen i formationen 1. Ihvertfald en del af afstivningsmidlet i syreopløsningens strømningsvej kan fortrænges fra disse veje ved fortrængning af hærevæsken 10 på disse steder.

Det vil forstås, at der findes et stort antal syrer, enten uorga-10 niske eller organiske, der er i stand til at ætse den pågældende formation, som skal behandles ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Til ætsning af en kalkstensformation kan der gøres brug af en vandig opløsning af saltsyre, eddikesyre, myresyre eller blandinger heraf. Der kan om fornødent tilsættes forsinkelsesmidler til sådanne opløsninger. Til 15 beskyttelse af udstyret i borehullet eller brønden 2 er det ofte tilrådeligt at tilsætte korrosionsinhibitorer til opløsningen. Der kan også anvendes opløsninger, hvor syren dannes in situ i formationen ved hjælp af forsinket kemisk reaktion. Sådanne opløsninger er i og for sig kendt og behøver ikke at beskrives nærmere.

20

Efter at kanalerne 14 og 15 er blevet satset til en væsentlig dybde i røggene 7 og 8, standses indsprøjtningen af syre i bruddet 4 og væ-sketrykket i bruddet 4 sænkes, hvorved brudvæggene 7 og 8 forskydes mod hinanden under indvirkning af formationstrykket, således at afstiv-25 ningsmidlet 11 belastes og sammenpresses mellem de ikke ætsede områder af røggene.

Samtidig med tryksænkningen i bruddet eller nogen tid efter lader man viskositeten af bærevæsken 10 bryde ned. viskositetsnedbrydningen 30 sker automatisk efter et bestemt tidsrum og kan ske under indvirkning af formationstemperaturen, ved forsinket kemisk reaktion, eller ved et hvilket som helst andet egnet viskositetsnedbrydende middel.

Da formationen er forholdsvis hård, sammentrykkes det mellem de 35 ikke-ætsede områder af brudvæggene 7 og 8 indesluttede afstivningsmid- 146661 - 7 - del mellem disse -vægge, man indlejres ikke i disse. Følgelig forbliver brudvæggene 7 og 8 i en vis indbyrdes afstand, efter at væsketrykket i bruddet er blevet sænket. Som følge heraf er bredden af kanalerne 14 og 15 lig med summen af dybderne af disse kanaler plus bredden af bruddet 5 4 efter lukning. Da kanalernes produktivitet er tilnærmelsesvis propor tionalt med tredie potens af deres bredde, vil det forstås, at produktiviteten af kanalerne 14 og 15 i fig. 5 forøges betydeligt i forhold til produktiviteten af de samme kanaler, men ætset i væggene af et brud, som ikke indeholder afstivningsmiddel, og i hvilket ikke-ætsede 10 dele af bruddet efter syrebehandling og lukning af bruddet ligger an mod hinanden og deres fulde flade.

Det skal endelig bemærkes, at kanalerne 14 og 15 eventuelt kun indeholder en ringe mængde afstivningsmiddel, som kan fortrænges derfra 15 ved hjælp af olie, som strømmer derigennem til brønden. Da formationsmaterialet er forholdsvis hårdt, fx. med en Brinell-hårdhed over 15, vil væggene i kanalerne såvel som i de ikke-ætsede dele af bruddet ikke bryde sammen under udvindingen af olie fra formationen.

20 Det skal bemærkes,at udstyr til måling af Brinell-hårdhed er be skrevet af A. C. van der Vlies i foredraget "Rockclassification by a simple hardness test", afholdt på Second Congress of the International Society af Rock Mechanics, September 1970).

25 Sammenfattende skal bemærkes, at opfindelsen angår dannelsen af et væskekanalsystem med forholdsvis høj ledningsevne i en formation bestående af forholdsvis hårdt materiale, der er hovedsagelig opløselig i syre, og hvor kanalerne i et i bruddets røgge ved syrevirkning dannet kanalsystem er hovedsagelig fri for afstivningsmiddel, og kanalernes 30 vægge er selvbærende, medens afstivningsmidlet findes i de områder af bruddets vægdele, som er beliggende mellem kanalerne i kanalsystemet.

Et sådant hrud forbliver åbent, efter at væsketrykket i bruddet er ophævet, hvilket betydeligt forøger kanalernes produktivitet.

35 I den ovenfor beskrevne udførelsesform er afstivningsmidlet 11 tilført til bruddet 4 efter dettes dannelse. Afstivningsmidlet kan - 8 - 146661 imidlertid også tilsættes direkte til et viskost bruddannelsesmedium og således indføres i bruddet under dettes dannelse.

Opfindelsen er ikke begrænset til brugen af en bestemt sammensæt-5 ning af bruddannelsesvæsken, den vandige syreopløsning, bærevæsken eller afstivningsmidlet, når blot viskositetsforholdet mellem bærevæsken 10 og syreopløsningen 13 vælges således, at bærevæsken forskydes af syreopløsningen på ustabil måde, hvorved syreopløsningen trænger forgrenet gennem bærevæsken. Der kan opnås særdeles bemærkelsesværdige 10 resultater ved anvendelse af opfindelsen i kalkstensformationer, selvom der findes andre typer af syreopløselige formationer af formationer af forholdsvis hård sten, hvor den omhandlede fremgangsmåde kan anvendes med fordel.

15 Der kan indprøjtes buffervæsker i den formation, som skal behand les ved den omhandlede fremgangsmåde, idet sådanne buffervæsker indsprøjtes mellem bruddannelsesvæsken,bærevæsken og syreopløsningen. Om ønskes kan der endvidere indsprøjtes forbehandlingsvæsker før indsprøjtningen af bruddannelsesvæsken· 20

De viskose bruddannelsesvæsker og de viskose bærevæsker, som kan anvendes ved den omhandlede fremgangsmåde, indeholder fortrinsvis ingen syrekomponenter i mængder, som er egnet til ætsning af væsentlige dele af brudvæggene. Der kan imidlertid forefindes små mængder syre, således 25 som det er nødvendigt til nedbrydning af væskens viskositet efter et bestemt tidsrum, når væsketrykket i bruddet er ophævet.

Det vil forstås, at der trods alle foranstaltninger til opnåelse af en ensartet fordeling af syreopløsningen over alle perforeringerne 30 kan være in eller flere perforeringer, som har en fortrinsvis høj ledningsevne i sammenligning med de øvrige perforeringer, og som optager størstedelen af den indsprøjtede syreppløsning. I så fald indsprøjtes en mindre itængde væske med et afbøjningsmiddel, efter at væggene af bruddelene ud for de stærkt ledende perforeringer er blevet ætset til 35 væsentlig dybde. Midlet lukker så indløbet til disse perforeringer, og 146661 - 9 - den derefter gennem brønden indsprøjtede syreopløsning vil så løbe gennem de øvrige perforeringer. Om ønskes, kan dette forløb gentages mere end In gang. Afbøjningsmidler såvel som måder til anbringelse af disse i perforeringerne og fjernelse af dem fra perforeringerne er i og for 5 sig kendt og behøver ikke at beskrives nærmere.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan også anvendes ved brønde, som afviger fra lodlinien, og/eller ved brønde, som gennemtrænger formationer, der brydes vandret.

10

Hvis brønden ikke skal forløbe lodret gennem den formation, hvori der skal dannes brud, men alligevel være beliggende i brudplanet, konstateres retningen af den minimale tektoniske spænding i formationen, og brønden bores i en sådan retning, at dens akse ikke er lodret, men i 15 en plan vinkelret på den nævnte spandingsretning. Ved bruddannelse i formationen vil brønden så ligge i brudplanet. Da størstedelen af formationer har retningen af den minimale tektoniske spaending beliggende i vandret plan, bliver brudplanet i de fleste tilfælde lodret. Den em-handlede fremgangsmåde kan imidlertid anvendes med samme gode resulta-20 ter i formationer, som brydes vandret.

Til bestemmelse af retningen af den minimale tektoniske spænding kan der dannes brud i formationen ved tilførsel af bruddannelsesvæske under tryk til et ikke udforet borehul i formationen. Orienteringen af 25 det således dannede brud måles derefter i forhold til hullet. Der bores derefter et nyt hul på en sådan måde at aksen for den genborede del af brønden, som strækker sig gennem den olieholdige formation, forløber i et plan parallelt med planet for det nævnte brud. Efter udforing af borehullet og perforering af foringen kan der dannes brud i formationen 30 ved tilførsel af bruddannelsesvæske under tryk til hullet.

Det skal bemærkes, at hvis brønden er anbragt i et plan vinkelret på retningen af den minimale tektoniske spænding, behøver perforeringerne ikke nødvendigvis at være beliggende i dette plan. Danset orien-35 teringen af perforeringerne i foringens væg vil formationen brydes således, at brønden ligger i brudplanet.