NO874066L - Fremgangsmaate for avtetting av grunnformasjoner paa en sjoebunn. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse gjelder en forbedret fremgangsmåte for avtetting eller forsegling av utvalgte soner i en undersjøisk grunnformasjon. Mer spesifikt, gjelder denne oppfinnelsen en forbedret fremgangsmåte for å avtette slike undersjøiske soner ved fortløpende injeksjoner deri av en vandig oppløsning av et vannoppløselig silikatmateriale, et vandig oppfyllingsmateriale og en vandig hydraulisk sementoppslemming.

Ved boring, ferdigbygging og installasjon av olje- og gassbrønner, er det kjent at utvalgte soner i en undersjøisk grunnformasjon kan forsegles eller avtettes ved å injisere i den en vandig natriumsilikatoppløsning. I forbindelse med en slik behandling, kan størkning av nevnte natriumsilikatoppløsning settes i verk ved å bringe nevnte oppløsning i kontakt med en egnet saltoppløsning på detønskede undersjøiske sted eller ved tilsetning til nevnte oppløsning, før injisering av denne i grunnformasjonen, av et reagens som bevirker en kontrollert, gradvis geldannelse i nevnte natriumsilikatoppløsning.

Det er også kjent at den tidligere nevnte natriumsilikat-geldannelse kan følges av injisering av en hydraulisk sementoppslemming. Imidlertid, etter som hydrauliske sementoppslemminger raskt størkner og herdner (d.v.s. binder) ved kontakt med slikt natriumsilikatmateriale, er det vanlig praksis å benytte et vannoppfyllingsmateriale for å skille sementoppslemmingen og silikatoppløsningen fra hverandre under injisering av disse i den undersjøiske grunnformasjon av interesse.

Selv om bruk av et vannoppfyllingsmiddel under injisering for å skille sementoppslemmingen fra silikatoppløsningen kan være ganske effektivt når det gjelder å forhindre for tidlig blanding av disse, er det ikke desto mindre fremdeles mulig for materia-lene å komme for tidlig i kontakt med hverandre og stivne på et uønsket sted i løpet av injeksjonen, såsom f.eks. i borehullet selv eller i en ikke planlagt posisjon innenfor den undersjøiske grunnformasjon. I samsvar med dette ville det være megetønskelig å få en måte til å kontrollere (f.eks. forsinke) størkningshastigheten som en blanding av slike materialer viser, og derved sikre eller oppnå fortsatt bevegelighet eller mulighet for å pumpe en slik blanding i et begrenset tidsrom etter at de individuelle silikatoppløsning- og sementoppslemmingsingredienser derav kommer i direkte kontakt med hverandre.

Det er nå oppdaget at hvis en vandig silikatoppløsning og en hydraulisk sementoppslemming blandes sammen i nærvær av en effektiv mengde av et vannoppløselig, polybasisk uorganisk fosfatsalt, forsinkes størkning og herdning av den resulterende blanding vesentlig (f.eks. i et tidsrom på opp til flere timer), sammenlignet med den nesten øyeblikkelige størkning (f.eks. på bare noen få sekunder) som ellers skjer i fravær av nevnte fosfatsalt.

Oppdagelsen ligger i ett aspekt ved den foreliggende oppfinnelse i form av en forbedret fremgangsmåte for å avtette en sone i en undersjøisk grunnformasjon ved fortløpende å injisere en vandig oppløsning av vannoppløselig silikatmateriale fulgt av et vandig oppfyllingsmateriale og en vandig hydraulisk sementoppslemming,karakterisert vedinnblanding i nevnte silikatoppløsning, nevnte vandige oppfyllingsmateriale eller nevnte hydrauliske sementoppslemming, av et vannoppløselig, uorganisk polybasisk fosfatsalt for å redusree hastigheten av geldannelse som foregår når nevnte silikatmateriale, fyll-materiale og hydraulisk sement blandes.

I et annet aspekt, er den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for å forsinke geldannelse i en vandig blanding av et vannoppløselig silikatmateriale og i nevnte blanding ha et vannoppløselig, polybasisk uorganisk fosfatsalt i en mengde tilstrekkelig til i vesentlig grad å redusere størkningshastighe-ten for nevnte blanding.

Den før nevnte fremgangsmåte og forbedrede prosess er særlig nyttig i de tilfeller hvor det erønselig å avtette eller forsegle en valgt sone av en undersjøisk grunnformasjon såsom f.eks., hvor det erønskelig å avtette en tapt sirkulasjonssone under en brønnboring eller sementeringsoperasjon; for å redusere eller eliminere uønsket saltstrøm i grunnformasjonen i en produserende brønn; for å blokkere områder med stor formasjons-gjennomtrengelighet i en injeksjonsbrønn i forbindelse med en forbedret oljeoppsamlingsoperasjon; o.l..

Silikatmaterialer som er nyttige ved bruk av den foreliggende oppfinnelse, omfatter de vannoppløselige silikatmaterialer hvis vandige oppløsninger allerede er kjent innen faget når det gjelder å frembringe relativt stive geler ved kontakt eller blanding med konsentrerte natriumbaserte saltoppløsninger eller med kalsiuminneholdende saltoppløsninger eller ved å få sin pH justert til en rask størkningsregion ved tilsetning av en syre eller et syredannende materiale. Slike silikatmaterialer omfatter de forskjellige alkalimetallsalter av kiselsyre såsom f.eks. litium, natrium og kaliumsalter av denne.

Et spesielt foretrukket vannoppløselig silikatmateriale til bruk ved anvendelse av den foreliggende oppfinnelse, er en vandig natriumsilikatoppløsning som har et totalt innhold av faste oppløste stoffer på 38 vekt-% og har et vektforhold mellom silisiumdioksyd (Si02) og natriumoksyd (Na2 0) på ca. 3,2:1. Imidlertid, natriumsilikatoppløsninger som har forskjellige Si02:Na20 forhold (f.eks. varierer fra 0,5:1 til 4:1) kan benyttes i stedet hvis slike skulle vise seg å være ønskelige fra et praktisk synspunkt såsom kostnader, tilgjengelighet, o.s.v.. Tilsvarende, kan silikatmaterialet til å begynne med skaffes i form av vandige oppløsninger med forskjellige innhold av fast stoff eller i fast form. Imidlertid, den siste mulighet er typisk mindreønskelig ettersom spesialutstyr er nødvendig for å overføre det faste materialet til en vandig oppløsning før den blir injisert inn i den undersjøiske grunnformasjon av interesse.

Når den tidligere nevnte vandige silikatoppløsning benyttes ved anvendelse av den foreliggende oppfinnelse, fortynnes den typisk før injisering i grunnformasjonen til et silisiumdioksyd-innhold fra 5 til 25 vekt-%. Fortrinnsvis er Si02-innholdet i oppløsningen under injiseringen fra 10 til 20 vekt-%.

I den foreliggende oppfinnelse, er det typiskønskelig å få den oppløselige silikatoppløsning til å størkne etter at den har nådd den ønskede lokalitet i den undersjøiske grunnformasjon, og deretter å utnytte den resulterende silikatgel til å få den senere injiserte vandige hydrauliske sementoppslemming til å bli styrt, avgrenset og/eller anbrakt på et spesielt, ønsket sted innenfor nevnte grunnformasjon. Enhver vanlig kjent teknikk kan benyttes for å starte den begynnende størkning av silikatoppløs-ningen. F.eks., hvis den interessante sone allerede inneholder forholdsvis konsentrert natrium-basert saltoppløsning eller en kalsiuminneholdende saltoppløsning, vil denønskede størkning foregå spontant når silikatoppløsningen kommer i kontakt med nevnte saltoppløsning. Ellers, kan injisering av silikatoppløs-ningen komme etter injeksjon av et kvantum av en egnet, naturlig forekommende eller syntetisk saltoppløsning. I det siste tilfellet, vil selvfølgelig et oppfyllingsmateriale av ferskt vann typisk pumpes mellom nevnte saltvannsinjeksjon og nevnte silikatoppløsning for å forhindre blanding og medfølgende størkning av disse inntil etter at nevnte materialer kommer ut av borehullet og går inn i grunnformasjonsområdet av interesse.

Som enda et annet alternativ, kan den begynnende størkning av den injiserte silikatoppløsning startes ved innblanding i denne (d.v.s. ved jordoverflaten før pumping eller injisering)

av et egnet reagens for å få i stand størkning på en tilstrekkelig gradvis måte for å tillate anbringelse av nevnte materiale før størkning eller herdning av denne. F.eks. kan et sterkt surt materiale såsom saltsyre benyttes for å justere pH

i den vandige silikatoppløsning (som normalt er i et pH-område fra 11,5 eller over) til et område på f.eks. 0,5 til 1,5, hvori størkningstiden er tilstrekkelig lang til å tillate anbringelse av denne på detønskede undersjøiske sted. (Se f.eks. U.S. patent nr. 3.375.872). Alternativt, kan et reagens som gradvis frigjør et geldannende materiale (f.eks. flerverdige metalliske eller jordalkalimetallioner eller et svakt surt materiale) innblandes i den vandige silikatoppløsning for å få i stand gradvis størkning av denne etter dens anbringelse på detønskede undersjøiske sted. (Se f.eks. U.S. patent nr. 2.208.766, kanadisk patent nr. 1.070.936; U.S. patent nr. 3.435.899 og U.S. patent nr. 3.294.563).

Hydrauliske sementmaterialer egnet til bruk i den foreliggende oppfinnelse omfatter de som vanligvis benyttes ved semen-teringsarbeider i olje og/eller gassbrønner. Portlandsement er foretrukket til dette formål og, av disse er API klasse A og API klasse C Portland-sement mest foretrukket til bruk i den foreliggende oppfinnelse.

Fremstilling og pumping av den hydrauliske sementoppslemming i den foreliggende oppfinnelse er vanligvis ifølge vanlig praksis for fremstilling og behandling av sementoppslemminger til olje og gassbrenner. F.eks. kan vanlige tilsetningsstoffer til sement såsom dispergeringsmidler, væsketapstilsetningsmidler, o.s.v. benyttes, om ønsket. Tilsvarende kan vanninnholdene i sementopp-slemmingene hensiktsmessig være innen det vanlige benyttede området, men kan variere noe i kvantitative størrelser avhengig av forskjellige faktorer såsom den spesielle type sement som er benyttet o.s.v*. F.eks., når en API-klasse A Portland-sement benyttes, er det å foretrekke å benytte den i form av en oppslemming som har et vanninnhold på rundt 46 vekt-% av sementen. På den annen side, når en APO-klasse H Portland-sement benyttes, er det foretrukket å benytte en oppslemming som inneholder ca.

38 vekt-% vann i forhold til vekten av sementen.

Når et vandig oppfyllingsmateriale benyttes for å skille

sementoppslemmingen fra silikatoppløsningen under den fortløpende injeksjon av disse, er det å foretrekke å benytte et oppfyllings-stoff av ferskvann. Ellers, kan høye konsentrasjoner av natrium-ioner og/eller tilstedeværelse av betydelige kalsiumionkonsen-trasjoner i nevnte oppfyllingsmateriale kunne indusere størkning av silikatoppløsningen ved grenseflaten mellom silikatoppløsnin-gen/oppfyllingsmaterialet under injeksjonen gjennom borehullet. Imidlertid, er det naturligvis mulig å benytte en saltoppløsning som oppfyllingsmateriale om ønsket, så lenge dens natur (f.eks. saltkonsentrasjon og/eller kalsiuminnhold) er slik at for tidlig silikatstørkning unngås under injeksjonen.

Uansett hvorvidt det vandige oppfyllingsmaterialet er basert på ferskvann eller fortynnede saltoppløsningsmaterialer, kan det videre inneholde forskjellige vanlige oppfyllingsstoffer såsom polymere fortykningsmaterialer o.l. etter ønske.

Som tidligere er bemerket, omfatter et hovedtrekk ved den foreliggende oppfinnelse oppdagelsen at visse polybasiske, uorganiske fosfatsalter er i stand til vesentlig å forsinke eller å retardere den ellers meget raske (f.eks. på bare få sekunder) størkning eller herdning som forekommer når en sementoppslemming og en vandig silikatoppløsning tilsettes hverandre eller blandes. Egnede uorganiske fosfatsalter til dette formål omfatter de forskjellige kjente vannoppløselige, polybasiske uorganiske fosfatsaltene såsom f.eks. de vannoppløselige dibasiske eller tribasiske alkalimetall- eller ammoniumfos- fatsalter. Fortrinnsvis benyttes alkalimetallfosfatsaltene eller alkalimetall/ammoniumfosfatsaltblandingene for å eliminere eller gjøre mindre dannelse eller frigivning av ammoniakk under bruk. Særlig foretrukne fosfatsalter til bruk her er dinatriumfosfat og trinatriumfosfat.

Det tidligere nevnte vannoppløselige, polybasiske, uorganiske fosfatsalt kan innlemmes i systemet av oppløselig silikat/sement-oppslemming på enhver hensiktsmessig måte så lenge som det gjør at den er tilstede på det tidsrom hvor nevnte sementoppslemming og silikatoppløsning til å begynne med kommer i kontakt eller blandes med hverandre. F.eks., kan fosfatsaltet blandes i selve sementoppslemmingen, selve silikatoppløsningen eller i begge. Alternativt, kan en vandige oppfyllingsvæske som har fosfatsaltet oppløst i seg, benyttes til å skille sementoppslemmingen fra silikatoppløsningen under den fortløpende injisering av disse. Mest foretrukket benyttes en vandig oppfyllingsvæske i den foreliggende oppfinnelse, og minst en porsjon av det nødvendige uorganiske fosfatsalt løses opp i denne.

Minimumsmengden av vannoppløselig, polybasisk, uorganisk fosfatsalt som benyttes heri, tilsvarer en mengde som er tilstrekkelig til å redusere geldanningshastigheten ved tilsetning av eller sammenblanding av den hydrauliske sementoppslemming og silikatoppløsningen. Den vanlige størkningstid ved blanding av slike komponenter i fravær av det før nevnte fosfatsalt, tilsvarer typisk bare noen få sekunder. Fortrinnsvis, benyttes det før nevnte fosfatsalt i den foreliggende oppfinnelse i en mengde som er tilstrekkelig til å gi en forlenget størkningstid på minst ca. 1/2 time, og fortrinnsvis minst ca. 1 time, etter den begynnende blanding av sementoppslemmings- og silikatoppløsningskomponentene i denne.

Uttrykt kvantitativt, vil det før nevnte fosfatsalt typisk benyttes i en mengde som varierer, på basis av et vannfritt salt, fra 0,5 til 5 (fortrinnsvis fra 0,75 til 2) vekt-% basert på den samlede vekt av sementoppslemmingen, den vandige oppfyllingsvæske (hvis noen) og silikatoppløsning. I de tilfeller hvor en vandig oppfyllingsvæske benyttes, og hvori fosfatsaltet introduseres i systemet ved oppløsning i oppfyllingsvæsken, vil fosfatsaltet typisk utgjøre fra 2 til 20 (fortrinnsvis fra 2 til 10 og mest fortrinnsvis fra 2,5 til 5) vekt-% av nevnte vandige oppfyllingsvæske .

Den foreliggende oppfinnelse illustreres videre ved referan-ser til de følgende arbeidseksempler.

Eksempel 1

En 40° Baume vandig natriumsilikatoppløsning som har et vektforhold på 3,22:1 SiO til Na2 0, fortynnes ved å blande 42,6 vektdeler av denne med 57,4 vektdeler vann.

E(l) vektdel av den resulterende fortynnede natriumsili-katoppløsning blandes samtidig med to (2) vektdeler av en API klasse A Portland-sementoppslemming som inneholder 46% vann basert på vekten av sementen, og med én (1) vektdel av en rekke forskjellige vandige oppfyllingsblandinger som forskjellige mengder trinatriumfosfat eller dinatriumfosfat løst opp i seg.

Innholdet av fosfatsalt i de forskjellige oppfyllingsblandinger sammen med størkningstiden for de tilsvarende blandinger fremstilt med disse, er oppsummert i tabell I nedenfor.

EKSEMPEL 2

Store mengder saltoppløsning dannes i en oljebrønn. Vanlige perforerings- og sementinnpressingsoperasjoner i vannsonen tillater sementen å gå inn i den svakere vannsone uten å forsegle kanaler mellom vann og oljesone.

En batch på 1,89 m<3>(500 gallon) kalsiumkloridsaltoppløsning fremstilles med innhold av 9 vekt-% CaCl2på basis av totalvekt. To batcher på 3,785 m<3>(1000 gallon) av en vandig natriumsilikat-oppløsning lages også til. Hver batch på 3,785 m<3>(1000 gallon) lages til ved å tilsette 2,42 m<3>(640 gallons) vann i en tank å tilsette 1,32 m<3>(350 gallons) 40°Be flytende natriumsilikatopp-løsning (vannglass som inneholder ca. 38% faste stoffer, vektforhold mellom Si02og Na20 3,22) under røring.

Brønnen perforeres i vannsonen og en trykkpakker settes inn mellom perforeringene i vannsonen og de produserende perforerin-ger. Batchen på 1,89 m<3>(500 gallon) CaCl2oppløsning pumpes ned gjennom røret inn i vannsonen fulgt av 0,757 m<3>(200 gallons) ferskvann som i sin tur følges av 7,57 m<3>(2000 gallons) av natriumsilikatblandingen og nye 0,757 m<3>(200 gallons) vann som inneholder 10% trinatriumfosfatdodecylhydrat og deretter av en vandig oppslemming som inneholder 100 sekker (4268 kg) Portland-sement som inneholder 4% kalsiumklorid for å påskynde størkning.

Den første natriumsilikatoppløsning danner en gel ved blanding med CaCl2-saltoppløsning i de første tilflytningsområder i grunnformasjonen, og avleder derved den gjenværende væske til andre områder. Portland-sementen størkner ganske raskt ved kontakt med natriumsilikatoppløsningen og styrker således det svake området og tvinger den gjenværende sement inn i kanaler som fører til produksjonsseksjonen. Størkningen av Portland-sementen blir imidlertid vesentlig forsinket i forhold til hva den ville ha vært i fravær av trinatriumfosfatkomponenten i den ovenfor nevnte vandige oppfyllingsblanding.

Mens den foreliggende oppfinnelse er beskrevet her ved referanse til visse spesifikke utforminger og illustrerende eksempler av disse, må disse ikke betraktes eller tolkes som på noen måte begrensende for omfanget av den foreliggende patent-krevde oppfinnelse.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for avtetting av en sone i en undersjøisk grunnformasjon ved fortlø pende injisering av en vandig opplø sning av et vannopplø selig silikatmateriale fulgt av et vandig oppfyllingsmateriale og en vandig hydraulisk sementoppslemming, karakterisert ved innlemming i nevnte silikat-opplø sning, nevnte vandige oppfyllingsmateriale eller nevnte hydrauliske sementoppslemming, av et vannoppløselig, uorganisk, polybasisk fosfatsalt for å redusere hastigheten av geldannelse som forekommer når nevnte silikatmateriale, oppfyllingsmateriale og hydrauliske sement blandes.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det vannopplø selige fosfatsalt er et dibasisk eller tribasisk alkalimetall- eller ammoniumfosfatsalt, eller en blanding av disse.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det vannoppløselige fosfatsalt er trinatriumfosfat eller dinatriumfosfat.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det vannoppløselige fosfatsalt innlemmes i det vandige oppfyllingsmaterialet i en mengde, på vannfri basis, fra 2 til 20 vekt-% av det vandige oppfyllingsmaterialet.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, karakterisert ved at det vannoppløselige fosfatsalt utgjør, på vannfri basis, fra 2 til 10 vekt-% av nevnte vandige oppfyllingsmateriale.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 4, karakterisert ved at det vannopplø selige fosfatsalt utgjør, på vannfri basis, fra 2,5 til 5 vekt-% av nevnte vandige oppfyllingsmateriale.

7. Fremgangsmåte i henhold til noen av kravene 1 til 4, karakterisert ved at det vannoppløselige fosfatsalt benyttes i en mengde som er tilstrekkelig til å gi forlenget størkningstid på minst ca. 0,5 timer etter blanding av nevnte vannopplø selige silikat, sement og oppfyllingsmaterialer.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 7, karakterisert ved at det vannopplø selige fosfatsalt benyttes i en mengde, på vannfri saltbasis, fra 0,5 til 5 vekt-% basert på den samlede vekt av sementoppslemmingen, silikatoppløsningen og, eventuelt, det vandige oppfyllingsmaterialet.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at det vannopplø selige silikat består av silisiumdioksyd og natriumoksyd i et forhold fra 0,5 til 4 vektdeler av silisiumdioksyd pr. vektdel natriumoksyd .

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, som videre er karakterisert ved at det før den fortlø pende injisering av den vandige silikatopplø sning, fyllstoff og sementoppslemming, blir fortlø pende injisert en vandig kalsium-kloridoppløsning etterfulgt av en vandig oppfyllingsvæske.