DE1583005A1

DE1583005A1 - Verfahren zur Behandlung einer unterirdischen Gebirgsformation

Info

Publication number: DE1583005A1
Application number: DE19671583005
Authority: DE
Inventors: Harnsberger Bobby Gene
Original assignee: Texaco Development Corp
Current assignee: Texaco Development Corp
Priority date: 1966-11-29
Filing date: 1967-11-28
Publication date: 1970-05-06
Also published as: GB1164914A; NL6716202A; US3428121A; DK115101B

Description

TEXACO DEVELOPMENT CORPORATION NEW YORK, NEW YORK 10017
135 EAST 42nd STREET
V. St. A.

Verfahren zur Behandlung einer unterirdischen Gebirgsformation

Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von durchlässigen, unterirdischen Formationen und betrifft insbesondere ein Verfahren zur Behandlung von durchlässigen, unterirdischen, öl- und/oder gashaltigen Formationen, mit dem der sandige Anteil stabilisiert werden soll, wobei ein zusammengesetzter Behandlungsstoff für die Stabilisierung von ungeeigneten, sandführenden Untergrundformationen verwendet wird.

Es hat sich herausgestellt, daß die Gewinnung von strömenden Medien wie Gas und/oder Öl aus unterirdischen Formationen in den Bereichen Schwierigkeiten bereitet, in denen die unterirdische Formation sich aus einer oder mehreren ungeeigneten, Sand enthaltenden Schichten oder Zonen zusammensetzt. Die in der ungeeigneten Zone und/oder Schicht vorhandenen Sandteilchen neigen dazu, während der Ausbeutung der Formations-

009819/0169

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtich.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann 8 MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · T.lefon: 281202 · TtUgramm-Adr·.««: Lipatl!/München

Bankverbindungen: Deutsche Bank AO, Filiale MOnchen, Dco-Keum Vüdualienmarkt, Konto-Nr. 70/30«38 Bayer. Vereinsbank Münch.n, Zweigjt. Oikar-vor-Miller-Rlng, Kto.-Nr. 882495 · ftwtatheck-Kontoi München Nr. 1O397

Oppenauer Bfiroi PATENTANWALT DK. REINHOLD SCHMIDT

ORIGINAL fNSPECTH)

flüssigkeiten und/oder -gase aus der gewählten Zone und/oder Schicht zum Bohrloch zu wandern und blockieren häufig die zum Bohrloch führenden Wegstrecken. Verstopfung oder wesentliche Verschlechterung der Strömungsmittelströmung aus der Formation in Richtung auf das Bohrloch hat aber einen Verlust an diesen auszubeutenden Strömungsmitteln für den Gewinner zur Folge, der unter Umständen die aus der Bohrung gewinnbare Erdölmenge so herabsetzt, daß die Bohrung geschlossen werden muß, da sich eine Fortsetzung des Abbaus mit Hilfe dieser Bohrung in wirtschaftlicher Hinsicht nicht mehr lohnt. Ein zusätzlicher Nachteil, der sich aus der Wanderung der Sandteilchen in Richtung auf das Bohrloch ergibt, besteht darin, daß sie oft zusammen mit den Strömungsmedien der Formation zum Bohrloch transportiert werden und die Rohrleitungen, Pumpen, u.s.w. durchlaufen, die dazu benutzt werden, diese Strömungsmedien an die Oberfläche zu fördern. Dies hat jedoch eine Zerstörung der beweglichen Teile dieser Elemente zur Folge, weil die Sandteilchen sehr abrasiv sind.

Es wurden schon viele Versuche unternommen, das Mitschleppen von unerwünschten Sandteilchen in der Formation und/oder in den Produktionsleitungen und der zugehörigen Ausrüstung zu verhindern oder wenigstens einzuschränken. Dies geschah beispielsweise durch Verwendung von Sandsieben, Filtern, gelochten Produktionsrohren und dgl.. Diese Versuche haben jedoch aus mancherlei Gründen nicht den gewünschten Erfolg gebracht. In den letzten Jahren hat die Industrie versucht, die bei der Verwendung mechanischer Vorrichtungen auftretenden Schwierigkeiten durch Benutzung verschiedener chemischer Verbindungen zu vermeiden, »it denen

009819/0169

15 8 3 O Π Β

eine Verfestigung der unterirdischen, ungeeigneten Formationen bewirkt werden sollte. Diese Verfahren bestanden im allgemeinen darin, daß in die unterirdische Formation polymerisierende Harze eingespritzt wurden, die bei der nachfolgenden Polymerisation eine Verfestigung des Sandes der Formation bewirkten, um dadurch innerhalb der Formation durchlässige Barrieren zu schaffen, die die Sandteilchen daran hinderten, sich durch die Formation hindurchzubewegen. Diese Technik der Sandverfestigung hat jedoch keinen weit verbreiteten Anklang gefunden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine wirksame Behandlung der unterirdischen, zu stabilisierenden Formation auf schnelle und wirksame Weise erreicht, während die Nachteile der bekannten, sowohl mechanischen als auch chemischen Verfahren vermieden werden.

Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von unterirdischen, Sand enthaltenden Formationen, mit Hilfe dessen die ungeeignete Formation stabilisiert wird. Dabei wird zwischen dem Sand der Formation und dem Bohrloch eine strömungsmitteldurchlässige Barriere geschaffen, die das Hindurchströmen von unverfestigten Sandteilchen verhindert oder auf ein Mindestmaß beschränkt, während sie gleichzeitig eine maximale Durchströmung der gewünschten Strömungsmittel und insbesondere der Erdöl-Kohlenwasserstoffe ermöglicht. Außerdem wird ein neuartiger, zusammengesetzter Behandlungsstoff geschaffen, der zur Stabilisierung von ungeeigneten Saadformationen verwendet werden kann.

009819/0169

158300K

Es wurde gefunden, daß ein verbessertes Verfahren zur Behandlung einer ungeeigneten, Sand führenden, unterirdischen Formation darin besteht, in die Formation eine besondere Behandlungsmischung einzuleiten, die sich im wesentlichen aus einem aus Sand, Zement und Wasser bestehenden Brei zusammensetzt, der in einem Kohlenwasserstofföl in solcher Menge suspendiert ist, daß er die Formation stabilisiert und eine strömungsmitteldurchlässige Barriere zwischen der Formation und dem Bohrloch bildet. Die sich daraus ergebende durchlässige Barriere dient zur Abhaltung oder wesentlichen Verminderung von unverfestigten, sandigen Teilchen, die durch die Barriere hindurchströmen wollen, während sie das Hindurchströmen der gewünschten Strömungsmedien der Formation ermöglicht, ohne daß die Strömungsgeschwindigkeit dieser Stoffe dabei wesentlich herabgesetzt wird.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der in der Erdöl-Kohlenwasserstoff-Fraktion suspendierte Sand-Zement-Brei durch das Bohrloch unter so hohem Druck nach unten gepumpt, daß der aus Sand, Zement und Wasser bestehende Brei gegen die unverfestigte Formation gedrückt wird, die sich neben dem Bohrloch oder in Nachbarschaft desselben befindet. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, vor dem Einpumpen des Breis in das Bohrloch die unverfestigte Formation mit Salzwasser zu waschen.

Sobald der durchlässige Zementbrei mit der zu stabilisierenden Formation neben dem Bohrloch in Berührung steht, kann der Brei mit der unverfestigten Formation in Berührung bleiben, wobei die Zementkomponente des Breis erhärtet. Die Verfestigung

009819/0169

des Zements kann durch Verwendung bekannter Zusätze beschleunigt oder gebremst werden. Das Bohrloch wird eine geeignete Zeitspanne zur Aushärtung des Zements, beispielsweise 8 bis 72 Stunden, geschlossen. Danach kann die Bohrung für die Förderung ausgerüstet werden, und die Strömungsaedien der Formation können gewonnen werden, indem sie durch die hergestellte, durchlässige Zementbarriere in das Bohrloch einströmen und aus diesem heraus— gefördert werden, ohne daß sie durch unverfestigte Sandteilchen verschmutzt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für jede beliebige Art der Bohrlochfertigstellung geeignet, wird aber im allgemeinen bei Bohrungen verwendet, in die ein Futterrohr eingebaut worden ist, das in den gewünschten Abständen, in denen die unverfestigten Sande der Formation liegen, mit Perforationen versehen ist. Vorher können oberhalb und unterhalb der perforierten Abschnitte Stoffbüchspackungen eingebaut werden, um zu verhindern, daß der durchlässige Zementbrei in die nicht isolierten Teile der Bohrung fließt und um den Aufbau ausreichender Drücke über dem Brei zu ermöglichen, damit dieser durch die Perforationen hindurch gegen die Formation gepreßt wird, ohne das Bohrloch zu verstopfen. Nachdem der Zemenubrei durch die Futterrohrperforation und gegen die Formation gedrückt worden ist, wird die Bohrung geschlossen, damit sich der Zement verfestigen kann und für den in der Formation befindlichen unverfestigten Sand eine durchlässige Zementbarriere geschaffen wird.

009819/0169

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbare Zementbrei-Zusammensetzung muß gewisse Bedingungen erfüllen. Die Sand— komponente sollte im allgemeinen in dem breiten Korngrößenbereich zwischen 10 und 80 Maschen liegen, d.h. zwischen 12 und 20, 20 und 40, 40 und 60 Maschen oder dazwischenliegenden Maschengrößen, damit möglichst wirksame, verhältnismäßig stark durchlässige Zementbarrieren gebildet werden. Dazu kommt, daß das Verhältnis von Sandkomponente zu Zementkomponente vor dem Suspendieren des Sand-Zement-Breis in dem Kohlenwasserstoffträgeröl etwa 3 bis 12 Gewichtsteile Sand pro Gewichtsteil Zement betragen soll. Es hat sich herausgestellt, daß ein Fraktioniersand, das ist ein Sand, der gewöhnlich bei Praktionierungsvorgängen verwendet wird und eine Größe zwischen etwa 20 bis 40 Maschen besitzt, für den erfindungs— gemäßen Zementbrei geeignet ist. Vorzugsweise wird ein klassierter Sand verwendet, bei dem die größeren Körner im Durehmesser nicht mehr als etwa zweimal so groß sind wie die kleineren Körner, d.h. also zwischen 12 und 20 Maschen, 20 und 40 Maschen, 40 und 60 Maschen, u.s.w. liegen.

Im allgemeinen wird ein Sand einer Maschenweite von 20 bis 40 als Sandkomponente benutzt, weil er leicht erhältlich und für die Stabilisierung der meisten Formationen geeignet ist. Dazu kommt, daß der 20 bis 40 Maschen-Sand vorzeitige Brückenbildung zu verhindern scheint, deren Auftreten bei feineren Senden wahrscheinlicher ist,

Sandteilchen, die gröber sind als 10 Maschen und feiner als etwa 80 Maschen sind für die erfindungsgemäße Zusammensetzung

009819/0169

ungeeignet. Die gröberen Teilchen können nicht befriedigen, weil die sich ergebende, abgebundene Zementbarriere eine zu große Durchlässigkeit aufweist, so daß sehr feine, nicht verfestigte Sandteilchen nicht am Durchströmen der Barriere gehindert werden können, wenn die Bohrung in Betrieb genommen wird. Sehr feine Sandteilchen in dem erfindungsgemäßen Brei, d.h. also Sandteilchen, die feiner sind als etwa 80 Maschen, sind gleichfalls ungeeignet, weil der abgebundene Zement dann eine zu geringe Durchlässigkeit aufweist, so daß die gewünschte Durchströmung der in der Formation befindlichen Strömungsmittel nicht erfolgen kann.

Die Zementkomponente der erfindungsgemäßen Zusammensetzung sollte in dem trockenen Gemisch in einem Gewichtsverhältnis von etwa einem Teil Zement zu etwa 3-12 Teilen Sand enthalten sein. Für die Zementkomponente läßt sich irgendein Zement verwenden, der normalerweise bei der Auszementierung von Erdölbohrungen benutzt wird, aber auch ein Mörtel aus Pariszement, Natriumsilikatzement, ein Siliziumphos]katzement, ein saurer Phosphatzement oder ein Pozzolanzement, ein Sorelzement oder ein Glättezement.

für
Vorzugsweise wird/die Zementkomponente ein leichter Portlandze-

3 ment verwendet, der eine Dichte von etwa 950 kg/m und gemäß einer chemischen Analyse etwa folgende Zusammensetzung aufweist! Siliziumdioxyd 38,3%, Aluminiumoxyd 13,0%, Eisenoxyd 5,2%, Kalziumoxyd 35 »7%» Magnesiumoxyd 1,6% und Schwefeltrioxyd 2,4% mit einem Verlust beim Entzünden von annähernd 3»3%. Dieser besonders leichte Portlandzement hat sieh für die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Gemisches besonders geeignet erwiesen, weil

009819/0169

158300S

die aus diesem Zement bestehenden permeablen Zemente sehr stabil sind, so daß sie durch sich bildende Laugen, die Natriumchlorid oder Natriumsulfat enthalten, nicht angegriffen werden. Andere Zemente für Ölbohrungen sind nicht so beständig, um von sich bildenden Laugen oder Schwefellösungen nicht angegriffen zu werden und sind deshalb für Zementverbindungen der erfindungsgemäßen Art weniger brauchbar. Diese anderen Zemente scheinen einen Teil ihrer umfassenden Festigkeit zu verlieren und abgetragen zu werden, wenn sie mit Natriumchlorid- und Natriumsulfatlösungen in Berührung kommen. Im Gegensatz dazu sind die Zemente der erfindungsgemäßen Verbindung gegen Errosion durch Natriumchloridoder Natriumsulfatlösungen sehr beständig und verlieren ihre Festigkeit auch dann nicht, wenn sie diesen Lösungen sehr lange ausgesetzt sind.

Der Wasseranteil des Breies oder Schlammes ändert sich mit der Zementart und dem Korngrößenspektrum des Sandes. Zufriedenstellende Ergebnisse wurden mit etwa 0,7 bis etwa 0,95 Gewichtsteilen Wasser pro Gewichtsteil Zement bei einer Korngröße des Sandes von 20 bis kO Maschen Brreicht. Zu viel Wasser führt zur Abscheidung von zementbeladenen Wassertropfen aus dem Sand, »hingegen eine zu kleine Wassermenge eine Abtrennung von festen Zementteilchen von dem Sand zur Folge hat. In beiden Fällen kommt es nicht zu der gewünschten Gemischbildung.

Es hat sich herausgestellt, daß bei Verwendung von Wasser, das Salze wie Natriumchlorid und/oder Kalziumchlorid enthält, Dispersionen von Öl mit Ölen, die oberflächenaktive Substanzen als Trägermedium enthalten, verhindert werden können. Die SaIz-

009819/0169

konzentration sollte sich vorteilhafterweise einem Sättigungswert bei Umgebungstemperatur nähern, wenn sich die Olneutralisationszahl dem Werte 1,0 nähert. Ungesättigte Salzlösungen werden verwendet, wenn die Olneutralisationszahl gegen 0,3 sinkt.

Die Olneutralisationszahl stellt die Menge I N Kaliumhydroxyd in Milligramm dar, die zur Neutralisierung von einem Gramm Öl erforderlich ist. Öle mit einer Neutralisationszahl unter etwa 0,1 haben sich als am besten geeignet erwiesen.

Das Trägermedium für den Sand-Zement-Wasser-Brei ist ein Kohlenwasserstofföl. Geeignete Kohlenwasserstofföle enthalten die Kerosen- und Dieselölfraktionen des rohen Erdöls sowie Rohöl. Normalerweise wird eine Dieselölfraktion verwendet, weil eine solche Fraktion relativ billig und am oder nahe dem Verwendungsort gewöhnlich leicht aufgetrieben werden kann. Das Öl soll verhältnismäßig frei von oberflächenaktiven Stoffen wie Naphthensäure sein, die das Wasser aus der Sand- und der Zementkomponente verdrängen. Es hat sich herausgestellt, daß oberflächenaktive Agentien, beispielsweise Naphthensäuren in dem Öl gebildet werden können, ohne daß dadurch nachteilige Auswirkungen auftreten, vorausgesetzt, daß die Neutralisationszahl des Öls nicht über etwa 0,3 liegt, ohne daß ein Salz zur Aufhebung der Wirkung der oberflächenaktiven Agentien verwendet werden muß. Die Menge an Kohlenwasserstofföl-Trägermedium muß so gewählt werden, daß der Brei in dem Trägermedium suspendiert werden kann. Es wurde gefunden, daß die günstigsten Zusammensetzungen eine Breidichte im Bereich von 0,97 bis l,kk kp/dm-³ aufweisen und daß die in dem Kohlenwasserstofföl suspendierten oder dispergierten Peststoffe

000819/EJili ORIGINAL INSPECTED

zwischen O,O6 und 0,6 kp Brei (Sand, Zement und Wasser) pro Liter Kohlenwasserstofföl-Trägermedium liegen.

Die Verwendung von höher viskosen Ölen als Dieselöl oder Kerosenfraktionen oder nicht viskose Rohröle als Trägermedium sollte vermieden werden, weil die schwereren Fraktionen schwieriger durch das Bohrloch nach unten zu pumpen sind.

Der Sand-Zement-Wasser-Brei kann in der üblichen Weise, z.B. durch Vermischen der Komponenten an der Oberfläche in einem geeigneten Behälter oder in einem Mischwagen hergestellt werden. Die Reihenfolge des Zusatzes der Komponenten des Breis ist nicht bestimmt.

Das Kohlenwasserstoff-Trägermedium mit den in ihm enthaltenen Feststoffen wird mit einer Geschwindigkeit in dem Bohrloch nach unten und in die Formation hineingepumpt, die an die Bohrbedingungen angepaßt ist und demzufolge variieren kann. Im allgemeinen hat sich für Perforationsintervalle von etwa i,2 bis 3 m eine Fördermenge von etwa 0,12 bis 0,24 nr im Trägermedium suspendierter Feststoffe pro Minute als geeignet erwiesen, wobei für längere Intervalle größere Fördermengen verwendet werden. Derartige Fördermengen ergeben zufriedenstellende Ergebnisse, und die aus ihnen in der unverfestigten Formation gebildete durchlässige Zementbarriere weist eine ausreichende Druckfestigkeit sowie Burchlässigkeit auf, um den Fluß der in der Formation enthaltenen Strömungsmedien hindurchzulassen, während sie die enthaltenen Formationssande stabilisiert oder zurückhält.

BEISPIEL I

Es wurde eine Probebohrung durch Herunterbringen eines Rohres und einer Packung und durch Pistonieren der Bohrung vor-

009813/0169

1813005

bereitet. Eine beträchtliche Sandmenge wurde hergestellt und dann das Rohr gezogen und die Perforationen in 1567 bis 1568 m Tiefe in der üblichen Weise unter Verwendung eines perforierten Waschwerkzeugs oder durch Einsetzen einer Packung an den Intervallen in der Perforation und durch Bespülen mit eines im Kreislauf strömenden Medium gewaschen. In dem Bohrloch wurde soviel Formationssand gelassen, daß sich unterhalb der Perforationen ein etwa 1,20 m tiefes offenes Loch befand. Eine Packung und ein etwa 27,5 m langes Abzugrohr wurden eingesetzt, wobei das Abzugsrohr etwa 45 m über den Perforationen lag. Die Perforationen wurden mit Dieselöl beaufschlagt, das zwecks Aufbaus eines Einspritzdrucks in einer Menge von etwa 0,2** nr/Minute bei einem Druck von etwa 105 kp/em in die Formation eingepreßt wurde. Im ganzen wurden etwa 0,6 nr Dieselöl in die Formation hineingepreßt.

- 12 -

009819/0169

Eine Behandlungsini schung wurde auf folgende Weise hergestellt. Ein Brei aus Sand, Öl, Zement und Wasser wurde durch Vermischen von I63O kg Sand, 306 kg Zement und 265 Liter Wasser hergestellt, wobei das Wasser zum Anfeuchten der Zementkomponente des Breis diente. Danach wurden der entstandenen Mischung 625 Liter Kohlenwasserstofföl zugesetzt. Zur weiteren Behandlung der Formation wurde Dieselöl in einer Menge von etwa 0,24 a pro Minute in die Formation hineingedrlickt, bis einige zusätzliche Liter Öl eingespritzt waren. Danach wurde der mit Öl vermischte Zementbrei in das Dieselbarrierenöl hineingepumpt, und zwar in einer solchen Menge, daß sich ein Feststoffgahalt von etwa 0,058 - 0,09 kg/Liter Dieselbarriereöl ergab. Der in dem Dieselbarriereöl enthaltene Zementbrei wurde in einer Menge von etwa 0,24 nr/Minute über einem während des Einspritzens von etwa 105 kp/cm bis etwa 169 kp/cm ansteigenden Druck in die Formation eingespritzt. Es wurde errechnet, daß annähernd 635 bis 680 kg des im Öl enthaltenen Zementbreis in die Formation injiziert wurden. Der abschließende Einspritzdruck betrug 211 kp/cm , die Einspritzmenge 0,12 nr pro Minute.

Der Zement konnte während einer Zeitspanne von etwa Stunden abbinden, währenddessen auf dem eingespritzten Zement eine Säule aus Dieselöl aufrechterhalten wurde. Danach wurde in die Rohrleitung Salzwasser eingeführt und aus dem Futterrohr etwa 12 u Sand und Zement ausgewaschen.Der Zement wurde dann in der üblichen Weise herausgebohrt und die Bohrung für die Produktion hergerichtet. Aus dem Bohrloch wurden täglich zwischen 7,2 und 10,8 m^ sandfreies Öl gewonnen. Die Gewinnung von

009819/0169

_ I₃ -

sandfreiem Öl aus diesem Bohrloch wurde über 14 Monate lang aufrechterhalten.

Beispiel 2

Bei einem anderen Peldtest wurden mit Futterrohren von 1718 cm Durchmesser und 11,8 kp Gewicht eine Bohrung hergestellt, wobei in Intervallen von 2343 - 2350 m Perforationen angebracht worden waren. Etwa 30,5 m unterhalb der unteren Perforation wurde ein wiedergewinnbarer Brlickenstopfen eingesetzt. Zwischen dem Brückenstopfen und den Perforationen wurde das Futterrohr mit einem gelartigen Schlamm angefüllt. Die Perforationen wurden durch Einsetzen einer wiederverwendbaren Prüfbehandlungsdruckpackung in Abständen von etwa 30 cm entlang dem perforierten Intervall gewaschen, wobei durch die Perforationen Waschflüssigkeit im Kreislauf geführt wurde. Die Waschflüssigkeit bestand aus Salzwasser und dann etwa 1893 Liter gewöhnlicher Schlammsäure. Nachdem die Säure im Kreislauf geführt und entfernt worden war, wurde das Prüfbehandlungsdruckwerkzeug etwa 55 m oberhalb der oberen Perforation aufgenommen. Darauf wurden 2,4 vor Dieselöl in das Bohr hineingepumpt, und zwar mit einer Pumpgeschwindigkeit von etwa 0,24 m^ pro Minute und einem Druck von etwa 70,3 kp/cm . Das Prüfbehandlungsdruckwerkzeug wurde dann eingesetzt, und eine Dieselölsuspension des in Beispiel 1 verwendeten Zementbreis wurde mit einer Fördergeschwindigkeit von etwa 0,24 *⁵/Minute in die Formation eingespritzt. Der anfängliche Einspritzdruck lag etwa bei 232 kp/em ,

009819/0169

- lh -

während der anfängliche Peststoffgehalt der Dieselölsuspension etwa 0,322 kp durchlässiger Zementbrei pro Liter Dieselölträgermedium betrug. Der Peststoffgehalt der Dieselölsuspensionträgerflüssigkeit wurde mit fortschreitender Behandlung auf etwa 0,18 kp/Liter gesenkt. Nach dem Einspritzen von etwa Ik,k nr der Suspension in die Formation stieg der Druck auf etwa 337 kp/cm . Annähernd 136O kp der durchlässigen Zementfeststoffe wurden während dieser Periode in die Formation hineingepreßt. Etwa 181 - 272 kp des durchlässigen Zements wurden zusätzlich in die Formation bei einem Druck von etwa

/2 3

232 kp/cm und mit einer Fördergeschwindigkeit von etwa 0,03 m Breisuspension pro Minute hineingedrückt. In die Formation wurde also eine Gesamtmenge von etwa 1590 kp durchlässiger Zement eingespritzt. Darauf wurde eine Pause für das Abbinden des Zements von 8 Stunden eingelegt und dann der weiche Zement und der Sand, die in dem Futterrohr zurückgeblieben waren, in der gewöhnliehen Veise unter Verwendung einer Salzwasserwaschflüssigkeit ausgewaschen. Schließlich wurde danach das Bohrloch in Betrieb genommen. Die Produktion betrug 7,2 - 10,8 m³ sandfreies Öl. Diese Produktion von sandfreiem Öl hielt auch noch nach einer Betriebszeit von 11 Monaten an.

Beispiel 3

An einer neuen Bohrung, die sich in einem Feld befand, in dem seit jeher Sand gefördert wurde, wurde ein anderer Feldtest ausgeführt. Die Bohrung wurde für diese Tests durch Einsetzen des wiederverwendbaren Prüfbehandlungsquetschwerkzeugs

009819/0169

oberhalb der iri dem Futterrohr befindlichen Perforationen vorbereitet, die in Intervallen von 1155 - 1156 m vorgesehen waren und solange eine Produktion der Bohrung ermöglichten, bis die Bohrung sich mit Sand zugesetzt hatte. Der Sand wurde aus dem Rohrstrang und dem Futterrohr bis zu einer Tiefe von 1149 m entfernt. Die Perforationen wurden dann durch rund um das Werkzeug, das in der Mitte des perforierten Intervalls angeordnet worden war, durch zirkulierende Salzwasserwaschflüssigkeit ausgewaschen. Die Waschflüssigkeit wurde solange in Umlauf gehalten, bis die Bohrung sauber und das Werkzeug bei etwa 55m über den oberen Perforationen erfaßt worden war. 2,4 rar Dieselöl wurden in die Rohrleitung eingepumpt, und das Werkzeug wurde angehalten.

Ein durchlässiger Zementbrei der Zusammensetzung des Beispiels 1 wurde zubereitet. Dieser Brei wurde mit Dieselöl als Trägerfliissigkeit vermischt, und zwar in einem Mengenverhältnis von 0,12 kp/Liter Öl.

Die Dieselölsuspension des Zementbreis wurde unter einem Druck von etwa 120 kp/cm und mit einer Fördergeschwindigkeit von etwa 0,156 vr/Hxn\x.t& ^{in die} Formation hineingepumpt, wobei der Feststoffgehalt etwa 0,12 kp Brei pro Liter Öl betrug. Nach dem Einspritzen von etwa 0,72 nr Suspension (118 kp Zementbrei) in die Perforationen stieg der Druck von 120 auf 176 kp/om an und fiel dann wieder auf etwa 134 kp/om ab, worauf sich der Druck dann bei diesem Wert, also etwa bei 134 kp/cm solange hielt, bis etwa 9,6 m^ Breisuspension in das Rohr eingeführt

009819/0169

a 3 ο ο 5

worden waren. Es wurde festgestellt, daß etwa 1090 kp Feststoffe in die Perforationen hineingequetscht worden sind, und daß etwa 3,25 * Suspension in der Rohrleitung und des Futterrohr zurückgeblieben sind. Das Einpumpen wurde dann dreiaal für jeweils 15 - 30 Minuten unterbrochen, um jedesmal den in der Suspension befindlichen Feststoffen zu ermöglichen, sich abzusetzen. Während dieser drei Zeiträume stieg der Druck auf etwa 112 kp/cm an. Der am Ende erreichte Quetschdruck betrug 148 kp/cm . Es wurde festgestellt, daß eine Gesamtmenge von etwa 1590 kp Sand-Zement-Brei in die Formation hineingepreßt worden ist. Nach einer Wartezeit von β Stunden, währenddessen sich der Zement verfestigen sollte, wurden der weiche Zement und der in dem Futterrohr befindliche Sand ausgewaschen und danach das Bohrloch für die Produktion hergerichtet. Es wurde gefunden, daß die Bohrung mit einer Düsennummer 30 und bei einem Rohrdruck von 17*6 kp/cm 11,6 m sandfreies öl pro Tag liefert. Nach einer 10 Monate währenden Produktion war die Bohrung im wesentlichen sandfrei·

Beispiel %

FMr einen weiteren Feldtest wurde eine Bohrung gewählt, die in 1560 - 1561 m in Intervallen mit vier Schüssen pro 30 om in dem %,5 Zoll-4,31 kp Futterrohr versehen war. Die Versuchsvorbereitungen bestanden darin, daß das wiederverwendbare VereuchsbebJtndlungequetschwerkieugmit einer 30 cm-Beißvorrichtung

009819/0169

auf 1552 m niedergebracht wurde. Bas Werkzeug wurde angehalten und die Bohrung in Betrieb genommen, bis sie versandet war. Der in der Rohrleitung befindliehe Sand wurde dann durch Rückwärtslauf des Werkzeugs ausgetragen, worauf das Werkzeug auf etwa I6OO m Boden fand. Es wurde versucht, die Perforationen unter Verwendung einer Salzwasserwaschflüssigkeit durch Anordnung des Werkzeugs in dem perforierten Intervall zu waschen, die Formation nahm jedoch zu viel Wasser auf, so daß der Waschvorgang nicht die gewünschte Wirkung zeigte. Das Werkzeug wurde dann bis auf etwa 3»05 ■ über die obere Perforation hinaufgezogen, und es wurden 6,5 Sack Kies in das Rohr hineingeschüttet, um den Boden auf etwa 1565 » anzuheben. 55 a oberhalb der Perforationen wurde das Werkzeug erfaßt, und dann wurden 1,2 nr Dieselöl in das Rohr hineingepumpt. Darauf wurde das obige Werkzeug abgeschaltet und 3,6 ar Dieselölsuspension der durchlässigen Zementmischung von Beispiel i wurden durch die Rohrleitung gepumpt. Die Pumpgeschwindigkeit betrug etwa 0,12 iry Minute, und die Suspension enthielt etwa 0,18 kp/Liter Sand-Wasser-Zement-Mischung. Der Pumpvorgang wurde unterbrochen, als der Druck 21,1 kp/em erreichte. Alles in allem wurden etwa 0,368 m? des durchlässigen Zements in die Formation injiziert.

Nach einer Wartezeit von 12 Stunden, während der der Zement sich verfestigte, wurde das Werkzeug bei 1534 * zur Beseitigung von Sand und bei 1542 m zum Waschen für abgebundenen Zement verwendet. Das Werkzeug wurde gezogen und eine Bohrepitze zum Bohren auf 156O m benutzt. Di· Bohrung wurde dann für die

003819/0169

Produktion hergerichtet. Bei.der ersten Produktion wurden 5,2 m-' brutto, 1,56 nr netto sandfreies Öl aus 1400 m gefördert. Die Förderung von sandfreiem Öl wurde noch zusätzlich 14 Tage aufrechterhalten, als die unmittelbaren Beobachtungen bereits beendet waren. Am Ende der Testperiode flössen aus der Bohrung 7,2 nr brutto, 7,08 rP netto sandfreies Öl, und diese Fördermenge wurde während eines zusätzlichen Zeitraums von 13 Monaten aufrechterhalten.

Beispiel 5

Bei einem Laborversuch wurden 200 Gramm eines 20-40-maschigen klassierten Sandes mit 40 Gramm-Trinity-Lite-Wate-Zement vermischt.Zur Anfeuchtung des Feststoffgemisches wurden 32 ml Wasser zugesetzt und darauf dem sich ergebenden Brei 1000 ml Kerosen beigegeben. Die entstehende Suspension von Feststoffen in Kerosen wurde unter einem Druck von 1,41 - 3,52 kp/cm in ein sandgefülltes Rohr gepumpt, dessen Durchmesser 7,62 cm und dessen Länge 15,24 cm betrugen und das etwa zur Hälfe mit S_and einer Art gefüllt war, wie sie in typischer Weise in einer unterirdischen Formation gefunden wird. Die Feststoffe wurden auf der Oberfläche des Sandes abgelagert, während ihr flüssiger Anteil durch den im Bohr befindlichen Sand hindurchströmte. Der Zement erhärtete und die Durchlässigkeit des abgebundenen Zements wurde bestimmt. Sie betrug etwa 10 Darcies. (J. Darcy ist eine physikalische Einheit für die Porosität von Stoffen und entspricht der Durchlässigkeit eine» Stoffes, der

009819/0169

von 1 ca eines Strömungsmittels pro Sekunde in i cn seiner Querschnittsflähe bei einer Viskosität des Strömungsmittels von 1 Centipoise und eine* Druckverlust von 1 Atm/crn Stoffdicke durchströmt wird.) Di« Sandgröße lag bei 70 - 300 Maschen, die Durchlässigkeit des Sandes bei 10 Darcies. Die Fördermenge der Suspensionspumpe betrug 3»79 Liter/Minute. Im ganzen wurden etwa 200 Gramm Feststoff in das Rohr hineingepumpt.

009819/0169

Claims

PATENTANWÄLTE Dipl.-lng. M A R TI N LI CHT patentanwaltelicht.hansmann.herrmann Dr. REINHOLD SCHMIDT 8 München 2 . THERES.ENSTRASSE 33 Dipl.-Wirtsch.-lng. AXELHANSMANN Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN TEXACO DEVELOPMENT CORPORATiON NEW YORK, NEW YORK 10017 München,den 28.November I967 135 EAST 42nd STREET „ ,_ Ihr Zeichen Unser Zeichen Λ-β/Ι/β V.St.A. Patentanmeldung; Verfahren zur Behandlung einer unterirdischen Gebirgeformation P_a ten t_a nsgrUche

1. Verfahren zur Behandlung einer ungeeigneten, unterirdischen Formation, in die eine Bohrung niedergebracht worden ist, mit dem verhindert werden soll, daß sich nichtverfestigte Sandteilchen aus der ungeeigneten Formation zu dem Bohrloch bewegen, sobald aus der Formation Strömungsmittel gewonnen werden, dadurch gekennzeichnet, daß in die nichtverfestigte Formation ein aus Sand, Zement und Wasser bestehender und in einem Kohlenwasserstoff trägeröl suspendierter Brei unter einem Druck eingespritzt wird, der so hoch ist, daß das Trägermedium in die nichtverfestigte Formation eindringt und der Zement abbinden kann, so daß er zwischen der Formation und dem Bohrloch «ine durchlässige Zementbarriereschicht bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sandteilchen eine Maschengröße von etwa 10 - 80 Maschen aufweisen. 009819/0169

Patentanwälte Dipl.-lng. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-lng. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann 8 MÖNCHEN 2, THERESI ENSTRASSE 33 ■ Telefon: 281202 · Teleoramm-Admsst lipatli/München

Bankverbindungen: Deutsche Bank AG, Filiale München, Dep.-Kasse Vikhialienmarkl, Konto-Nr. 70/30638 Bayer. Vereinsbank München, Zweigst. Oskar-von-Miller-Ring, Kto.-Nr. 882495 ■ Postscheck-Konto: München Nr. 163397

Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT _ι1Ληι-Ληϊη

ORIQiNAt INSPECTH)

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zement ein leichter Portlandzement ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brei im wesentlichen aus 3-12 Gewichtsteilen Sand 80 pro Gewichtsteil Zement besteht, und daß die in dem Brei enthaltene Wassermenge etwa 0,7 - etwa 0,95 Gewichtsteile pro Gewichtsteil Zement beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch ^kennzeichnet, daß der Brei in dem Kohlenwasserstofföl in einem Mengenverhältnis von etwa 0,06 - 0,6 kp Brei pro Liter Kohlenwasserstofföl suspendiert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, iadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einspritzen des suspendierten Breis in die nichtverfestigte Formation die nichtverfestigte Formation zur Entfernung von wenigstens einem Teil der niehtverfestigten, am Bohrloch befindlichen Sandteilchen mit Salzwasser gewaschen wird.

7. In einem Kohlenwasserstofföl suspendierter Zementbrei, der zur Bildung einer durchlässigen Zementbarriere in einem Bohrloch neben einer nichtverfestigten Sand enthaltenden, Öl produzierenden Formation verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Brei etwa 3 bis etwa 12 Gewichtsteile Sand mit einer durchschnittlichen Maschengröße von etwa 10-80 Maschen und etwa 0,7 bis etwa 0,95 Gewichtsteile Wasser pro Gewichtsteil Zement enthält, und daß in der Suspension etwa 0,06 bis 0,6 kp Brei pro Liter Kohlenwasserstofföl enthalten sind.

009819/0169

— ä

15830DR 44

8. Zementbrei nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserkomponente eih von einem Chlorid des Natriums, Kalziums und einer Mischung beider in einer Menge ausgewähltes Salz enthält, die sich der Sättigung bei Umgebungstemperatur nähert, wenn die Kohlenwasserstoffölfraktion Naphthensäuren in einer Menge aufweist, die ausreicht, um dem Öl eine Neutralisationszahl von 0,4 bis 1,0 zu geben.

009819/0169