NL8007060A - Werkwijze voor het verstevigen van geologische formaties. - Google Patents

Description

ου^υο/ΑΓ/πικ £.

Korte aanduiding: Werkwijze voor het verstevigen van geologische formaties. Door Aanvraagster worden als uitvinders genoemd: Jacques BURGER, Charles BARDON en Claude GADELLE.

5 De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het verstevigen van geologische formaties, die in het bijzonder toegepast kan worden in aardolie- of gas-bevattende reservoirs ter vermijding van zand-opdringing in de putten, die door niet of weinig verstevigde zandformaties lopen. In het algemeen kan de werkwijze der uitvinding toegepast worden 10 voor de plaatselijke versteviging van poreuze formaties.

Verschillende methoden zijn reeds voorgesteld om zand-opdringing in nieuwe putten te verhinderen of om putten te behandelen, die aanleiding geven tot zandopdringing bij de exploitatie van aardolie- of gasbevattende afzettingen.

15 Volgens een eerste methode houdt men het zand vast met een mechanisch middel onder toepassing van kunstmatige schermen met bepaalde openingen of opstapelingen van grint met een nauwkeurig bepaalde korrel-grootte-verdeling afhankelijk van de afmetingen van de zandkorrels van de door een put doorboorde geologische formatie. Een dergelijke methode, die 20 lastig uitvoerbaar is, wordt dikwijls toegepast voor nieuwe putten.

Volgens een tweede methode injecteert men in de geologische formatie een vloeibaar hars, dat door zijn polymerisatie een binding tussen de zandkorrels vormt. De doelmatigheid van een chemische methode van dit tweede type is onzeker, aangezien de polymerisatiereactie van het geinjec-25 teerde hars in hoofdzaak afhangt van de ter hoogte van de formatie in de put heersende omstandigheden en de eigenschappen van de formatie. Een dergelijke methode maakt het derhalve niet mogelijk om de voortschrijdings-graad van de chemische reactie te regelen. Het gevaar hiervan is, dat men een onvoldoende versteviging van de formatie verkrijgt, wanneer de polyme-30 risatiegraad van het hars te gering is, of een te grote afname van de doorlaatbaarheid of zelfs een volledige verstopping van de geologische formatie wanneer een te grote hoeveelheid polymeer in bepaalde poriën wordt vastgehouden. Volgens een andere methode, die beschreven is in het Britse octrooi-schrift 975.229, brengt men achtereenvolgens in de formatie een materiaal 35 op basis van een onverzadigd vetzuur en vervolgens een zuurstofhoudend gas ter verkrijging van een verharsing van dit materiaal.

Deze werkwijze geeft echter slechts een bevredigende versteviging, wanneer de te verstevigen formatie zich bevindt of gebracht wordt op een temperatuur tussen 150 en 300°C, hetgeen veel hoger is dan de normale JfO temperatuur van olie- of gasreservoirs.

8007060 -2-

In dit octrooischrift is tevens voorgesteld om een uit kobaltnaftenaat of mangaannaftenaat bestaande katalysator toe te voegen. Zelfs in dat geval is de verkregen versteviging echter slechts werkelijk bevredigend, wanneer de temperatuur van de formaties voldoende hoog is.

5 Het Amerikaanse octrooischrift 3.388.7^3 beschrijft even eens een werkwijze voor het verstevigen, waarbij men na het inbrengen van een drogende olie rond een put een oxyderend gas injecteert. De gedeeltelijk geoxydeerde olie vormt een goed bindmiddel voor de zandkorrels.

De toepassing van een oxydatiekatalysator, zoals lood-10 naftenaat of kobaltnaftenaat maakt het mogelijk om de duur van de oxydatie van de olie te verkorten.

De verkregen verstevigingen zijn echter in het algemeen onvoldoende voor het beoogde doel.

Voorts is uit het Franse octrooischrift 1.409*599 een 15 werkwijze voor het verstevigen van grond bekend, waarbij deze grond behandeld wordt met olieachtige polymeren, die drogende katalysatoren bevatten, die door drogen aan de lucht op het oppervlak van de te verstevigen grond hard worden. Deze behandeling, waardoor ondoorlaatbare massa’s verkregen worden, is echter niet geschikt voor de versteviging van ondergrondse geo-20 logische formaties, waarvan men de doorlaatbaarheid wenst te handhaven.

Dit resultaat wordt volgens de onderhavige uitvinding bereikt door een werkwijze, waardoor de regeling van de chemische verandering van een polymeriseerbaar materiaal wordt gewaarborgd. Volgens deze werkwijze injecteert men in de formatie een vloeibaar mengsel van organische 25 produkten, waarvan men in situ een chemische verandering tot stand brengt door dit vloeibare mengsel in aanraking te brengen met een bepaalde hoeveelheid oxyderend gas, zodat het vloeibare mengsel door middel van een exothermische reactie omgezet wordt in een materiaal, dat de niet verstevigde elementen van de formatie bindt, en injecteert men een oxyderend gas, 30 waardoor het mogelijk is om een aanzienlijke afname van de doorlaatbaarheid van de formatie voor media zoals aardolie of aardgas te vermijden. De samenstelling van het vloeibare mengsel, alsmede het zuurstofgehalte en de hoeveelheid van het oxyderende gas worden zodanig geregeld, dat de reactie op gang gebracht wordt bij de normale temperatuur van de formatie en de mate 35 van voortschrijding van de oxyderende polymerisatie van het vloeibare mengsel geregeld wordt.

Meer in het bijzonder verschaft de uitvinding een werkwijze voor de versteviging van een geologische formatie, waarbij men in twee opeenvolgende trappen (a) in de formatie een vloeibaar organisch mengsel ko injecteert, dat tenminste één polymeriseerbare chemische verbinding en een 8 0 07 0 6 0 #* i -3- katalysator bevat en in staat is ota in situ in aanraking met een oxyderend gas bij de normale temperatuur van de geologische formatie verlopende reacties te ondergaan, die leiden tot de vorming van een vast produkt, dat deze formatie verstevigd zonder de doorlaatbaarheid ervan aanzienlijk aan te 5 tasten, en (b) een oxyderend gas injecteert in een voldoende grote hoeveelheid ter verkrijging van een in hoofdzaak volledige vastwording van de organische vloeistof, waarbij deze hoeveelheid echter zodanig beperkt is, dat de temperatuur, die tijdens de reacties in de formaties wordt bereikt, niet hoger wordt dan 350°C en bij voorkeur tussen 150 en 250°C ligt.

10 De werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt dat het vloeibare organische mengsel een katalysator bevat, die in combinatie lood en tenminste één element uit de groep van nikkel, koper en zink bevat.

De werkwijze volgens de uitvinding is zelfs doelmatig, 15 wanneer de temperatuur van de formatie (die in hoofdzaak afhangt van de diepte) laag is, aangezien de oxydatiereactie van het organische mengsel in de behandelde zone een warmte-ontwikkeling veroorzaakt, die voldoende is om het warmte-niveau te bereiken, waarbij het organische mengsel op doelmatige wijze polymeriseert en de cohesie tussen de korrels van de formatie 20 tot stand brengt. Bovendien worden het zuurstofgehalte van het geïnjecteerde oxyderende gas en de hoeveelheid in de formatie gebrachte zuurstof geregeld, zodat de maximale temperatuur, die zou leiden tot de afbraak van het gepolymeriseerde materiaal, niet wordt overschreden.

Het bij de werkwijze volgens* uitvinding toegepaste or-25 ganische mengsel kan met voordeel bestaan uit een drogende olie, eventueel verdund met een organisch oplosmiddel, waaraan een eerder omschreven katalysator is toegevoegd. De toegepaste drogende olie is met voordeel lijnolie, houtolie, saffloerolie of in het algemeen plantaardige oliën met een hoog gehalte aan polyethyleenverbindingen. De toegepaste oplosmiddelen bestaan 30 bijvoorbeeld uit koolwaterstoffen zoals benzeen, tolueen, xyleen of een aardoliefractie. Het gehalte aan oplosmiddel bedraagt met voordeel tussen 0 en 50# o® de afname van de reactiviteit tengevolge van de verdunning te beperken.

De elementen van de katalysator worden toegepast in de 35 vorm van zouten, zoals carboxylaten, naftenaten, sulfonaten, octoaten, enzovoorts, die oplosbaar zijn in de basisbestanddelen van het organische mengsel. Het gehalte van de oplossing aan elk van de in de katalysator toegepaste metalen bedraagt minder dan 3 gew.# en ligt bij voorkeur tussen 0,007 en 2 gew.$. De nauwkeurige samenstelling van de katalysator (toegepaste kO metalen en gehalten aan metalen) hangt van de aard van het milieu en de om- 8007060 «Λ- standigheden in de afzetting (druk, tempeatuur).

De geïnjecteerde hoeveelheid organisch mengsel bedraagt bij voorkeur minder dan 500 liter per meter van de dikte van de geologische formatie. Grotere hoeveelheden tasten de doelmatigheid van de werkwijze 5 volgens de uitvinding echter niet aan.

Bij de uitvoering van de werkwijze in oliereservoirs is het geïnjecteerde oxyderende gas bij voorkeur zuurstof of lucht, eventueel verdund door stikstof, kooldioxyde of een ander onder de proefomstandigheden inert gas. Bij toepassing van de werkwijze in gasreservoirs, bestaat het 10 toegepaste oxyderende gasvormige mengsel bij voorkeur uit zuurstof of lucht, verdund door stikstof, een ander inert gas of droog aardgas. Het gehalte aan droog aardgas moet echter zodanig zijn, dat het gasmengsel onder de omstandigheden van de proef buiten de ontvlambaarheidgrenzen blijft.

Het gehalte aan aiurstof van het gasmengsel ligt met voor-15 deel tussen 0,5 en 100 vol.#, bij voorkeur tussen 1 en 21 vol.#. Voor een bepaalde samenstelling van het organische mengsel is het zuurstofgehalte bij voorkeur des te geringer, naar mate de injectiedruk hoger is. De aanwezigheid van water in het gasmengsel wordt vermeden door een geschikte droogbewerking, indien dit noodzakelijk is. De dosering van het oxyderende 20 mengsel wordt uitgevoerd aan het oppervlak, waarbij de bestanddelen van het mengsel geleverd worden door flessen met gecomprimeerd gas of vloeibaar gemaakt gas of door compressoren.

Het zuurstofvolume in het geïnjecteerde gas bedraagt bij standaardtemperatuur- en drukomstandigheden bij voorkeur minder dan 200 liter 25 per liter van het geïnjecteerde organische mengsel. Uitstekende resultaten zijn verkregen onder toepassing van 10 tot 80 liter zuurstof per liter organisch mengsel.

In de bijgevoegde figuur 1, waarin schematisch een uitvoeringsvorm van de uitvinding is toegelicht, is een zanderige geologische 30 formatie 1 weergegeven, die doorlopen wordt door een put 2 met een bekui-ping 3, die ter hoogte van de formatie 1, waarop men een medium zoals aardolie of aardgas wenst te onttrekken, voorzien is van openingen

In dit uitvoeringsvoorbeeld wordt de werkwijze volgens de uitvinding uitgevoerd door achtereenvolgens in de te behandelen formatie 35 1 bepaalde hoeveelheden van een organisch mengsel 5» zoals een drogende olie, waaraan een eerderbeschreven katalysator is toegevoegd, eventueel gemengd met een andere organische vloeistof zoals een oplosmiddel of een aardolie-fractie, en een oxyderend gas 6, zoals lucht of zuurstof, verdund op de eerdervamelde wijze, te injecteren.

kO Het vloeibare organische mengsel en het gas kunnen na 8007030 -5- elkaar geïnjecteerd worden door middel ran eenzelfde produktiekolom of porap-pijp 7, die aan de onderzijde uitmondt ter hoogte van de openingen b.

Een inrichting 9, van het type pakker, waarborgt de afdichting door afsluiting van de ringvormige ruimte tussen de bekuiping 3 5 en de produktiekolom 7 boven de formatie 1. In de produktiekolom 1 wordt het oxyderende gas van het organische mengsel gescheiden door een prop 8 van een niet of weinig oxydeerbaar materiaal, die bijvoorbeeld bestaat uit een kleine hoeveelheid van een oplosmiddel of een aardoliefractie in een olieput, of van aardgas in een gasput. Men vermijdt aldus, dat reacties van 10 het organische mengsel binnenin de produktiekolom zelf plaatsvinden.

Vanzelfsprekend is de beschreven uitvoeringsvorm geenszins· beperkend en kunnen andere uitvoeringsvormen overwogen worden.

In het algemeen is de geïnjecteerde vloeistof 5 een organisch mengsel, dat in aanraking met een oxyderend gas in staat is om reeds 15 bij de temperatuur van de formatie 1 deel te nemen aan een chemische verandering, die leidt tot de versteviging van de formatie in de omtrek van de put. De vloeistof 5 is gevoeliger voor de inwerking van het oxyderende gasmengsel, waardoor het vastworden plaatsvindt, dan de koolwaterstoffen in · de formatie 1 en de organische basisverbindingen, die geen katalysator be-20 vatten.

Bij aardoliehoudende afzettingen kan men met voordeel vóór de injectie van de vloeistof 3 media injecteren, zoals xyleen of een aardoliefractie en een alkanol zoals isopropanol ter verdrijving van de in de omtrek van de put aanwezige aardolie en water, die, wanneer zij in zeer 25 grote hoeveelheden aanwezig zijn, een nadelige uitwerking op de doelmatigheid van de versteviging van het milieu kunnen uitoefenen.

De geïnjecteerde hoeveelheid oxyderend gas wordt zodanig bepaald, dat men een volledige vastwording van de organische vloeistof 5 verkrijgt, zonder dat de temperatuur, die in de formatie bereikt wordt ten 30 gevolge van de door de oxydatiereactie van de vloeistof 5 veroorzaakte warmteontwikkeling, hoger wordt dan 350°C. Men vermijdt aldus volgens de uitvinding de verbranding van de organische vloeistof 5 bij hoge temperatuur, waardoor de afbraak van het polymerisaat vermeden kan worden en de bescherming van de uitrusting van de put, in het bijzonder de bekuiping 3, gewaar-35 borgd kan worden.

De doelmatigheid van de werkwijze volgens de uitvinding wordt toegelicht door de volgende proeven, waarvan de uitvoeringsomstandig-heden geen enkele beperking inhouden.

PROEF No. 1: b0 Men brengt een innig mengsel van steengroevezand (korrel- 8007060 -6- grootte tussen 150 en 500 micron) en lijnolie bij kamertemperatuur in een vertikale buis met een dunne wand met een diameter van 20 cm tot een hoogte van 15 cm. Over de door het mengsel ingenoraen hoogte worden rond de buis verhittingsringen aangebracht om de regeling van de in dwarsrichting weg-5 stromende warmte mogelijk te maken. Bij verhoging van de temperatuur wordt het aan de verwarmingsringen geleverde elektrische vermogen zodanig geregeld, dat de temperatuur in het mengsel niet meer dan 10°C hoger is dan de op hetzelfde niveau aan de buitenwand van de buis gemeten temperatuur.

De massa, die verkregen is door opeenhopen van een meng-10 eel van 7,2 kg zand en 0,63 kg lijnolie, bezit een porositeit van 38% en een verzadiging aan lijnolie van ongeveer kö& van het volume van de poriën. De begintemperatuur bedraagt 20°C.

Men injecteert een hoeveelheid lucht van 1,55 liter per minuut bij atmosferische druk gedurende 7 uren aan de bovenzijde van de 15 buis. Men neemt geen enkele afname van het zuurstofgehalte van het uitstromende gas en geen enkele verhoging van de temperatuur in het geïmpregneerde poreuze milieu waar. Aan het eind van de proef neemt men waar, dat de massa niet vastgeworden is.

Hieruit blijkt dus, dat onder de gekozen werkomstandig-20 heden geen enkele reactie plaatsvindt in een met lijnolie geïmpregneerde massa, die geen katalysator bevat.

PROEF NO. 2 ;

Men brengt een innig mengsel van een minerale drager en een vloeibaar organisch mengsel bij kamertemperatuur in een vertikale buis 25 met een dunne wand en een diameter van 12,5 cm, die de binnenruimte van een hogedruk cylinder vormt. De binnenbuis is voorzien van verhittingsringen en een warmte-isolatie om de bij de verhoging van de temperatuur van de massa wegstromende warmte te compenseren.

Het toegepaste organische mengsel is lijnolie, waaraan 30 1,68 gew.yé lood in de vorm van het naftenaat is toegevoegd, en de minerale drager is een steengroevezand, waaraan 5$ kaoliniet is toegevoegd. De proef wordt uitgevoerd onder een relatieve druk van 10 bar met een luchttoevoer van 3 liter per minuut (gemeten onder standaardtemperatuur- en drukomstan-digheden).

35 Tijdens de proef, die 6 uren duurt, stijgt de temperatuur van 20°C tot een maximum van ^8°0. De geringe voortschrijding van de reactie blijkt geen versteviging van de massa veroorzaakt te hebben.

PROEF NO. 5:

Een proef is uitgevoerd onder dezelfde werkomstandigheden kO als proef 2, doch onder toepassing van lijnolie, waaraan 0,3 gew.# nikkel 8007060 -7- in de vorm van het octoaat is toegevoegd, als organisch mengsel*

Men neemt geen enkele stijging van de temperatuur en geen enkele versteviging van het milieu waar.

PROEF NO* 5 Negatieve resultaten zijn eveneens verkregen onder toe passing van soortgelijke omstandigheden als bij proef no* 2, doch met een luchttoevoer van 1,5 liter (standaardomstandigheden) per minuut en onder toepassing van lijnolie, waaraan 0,06 gew.# koper in de vorm van het nafte-naat is toegevoegd, als organisch mengsel.

1° PROEF NO. 5:

Een analoge proef als proef no. 2 is uitgevoerd, doch onder toepassing van lijnolie, waaraan 1,68 gew·# lood in de vorm van het naftenaat en 0,5 gew.# nikkel in de vorm van het octoaat is toegevoegd.

Men voert de proef uit onder een relatieve druk van 10 15 bar met een luchttoevoer van 3 liter (standaardomstandigheden) per minuut. De reactie veroorzaakt een temperatuursverhoging tot 195°c· Ma de proef neemt men waar, dat het milieu zijn doorlaatbaarheid heeft behouden en zeer goed geconsolideerd is. De weerstand tegen samendrukken bedraagt 90 bar. Hieruit blijkt, dat de toegepaste katalysator uitstekende resultaten geeft 20 voor het verstevigen van het milieu.

PROEF NO. 6:

Een sooBtgelijke proef als proef no. 2 is uitgevoerd, doch onder toepassing van lijnolie, waaraan 1,68 gew.# lood en 0,12 gew.# koper in de vorm van de naftenaten is toegevoegd, als organisch mengsel.

25 Men voert de proef uit onder een relatieve druk van 10 bar met een luchttoevoer van 3 liter per minuut (standaardomstandigheden) gedurende 7 uren en 4o minuten. De reactie veroorzaakt een temperatuurs-stijging van 20 tot 260°C,

Na de proef neemt men waar, dat het milieu zijn doorlaat-30 baarheid heeft behouden en uitstekend vastgeworden is. De weerstand tegen samendrukken bedraagt 92 bar.

PROEF NO. 7:

Een proef is uitgevoerd onder soortgelijke omstandigheden als proef no. 2, doch onder toepassing van lijnolie, waaraan 1,68 gew.# 35 lood en 0,2 gew.# zink is toegevoegd, als organisch mengsel. Tijdens de proef, die 7 uren duurt, neemt men een temperatuursverhoging in de massa van 20 tot 240°C waar.

Na de proef neemt men waar, dat het milieu zijn doorlaatbaarheid heeft behouden en uitstekend verstevigd is. De weerstand tegen kO samendrukken bedraagt bar.

80 07 0 6 0

Claims (5)

1. Werkwijze voor het verstevigen van een geologische formatie, waarbij men in twee opeenvolgende trappen (a) in de formatie een 5 vloeibaar organisch mengsel injecteert, dat tenminste één polymeriseerbare chemische verbinding en een katalysator bevat en in staat is om in situ in aanraking met een oxyderend gas bij de normale temperatuur van de geologie sche formatie verlopende reacties te ondergaan, die leiden tot de vorming van een vast produkt, dat deze formatie verstevigd zonder de doorlaatbaar-10 heid ervan aanzieiijk aan te tasten en (b) een oxyderend gas injecteert in een voldoende grote hoeveelheid om een in hoofdzaak volledige vastwording van de organische vloeistof te verkrijgen, waarbij deze hoeveelheid echter zodanig beperkt is, dat de tijdens de reacties in de formatie bereikte temperatuur niet boven 350°C stijgt, met het kenmerk, 15 dat het vloeibare organische mengsel een katalysator bevat, die in combinatie lood en tenminste een element uit de groep van nikkel, koper en zink bevat.

2. Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat de elementen van de katalysator toegepast worden in de vorm van zouten, 20 die oplosbaar zijn in de basisbestanddelen van het vloeibare organische mengsel.

3. Werkwijze volgens conclusie 1,met het kenmerk, dat het vloeibare organische mengsel een drogende olie bevat.

4. Werkwijze volgens conclusie 3i n e t het kenmerk, 25 dat het vloeibare organische mengsel lijnolie bevat.

5. Werkwijze volgens conclusie 3i m e t het kenmerk, dat het vloeibare organische mengsel houtolie bevat. 30 8 0 07 0 5 0