DEG0012424MA - Verfahren zur Erhöhung der Ölausbeute beim Wasserfluten von Erdöllagerstatten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 10. August 1953 Bekanntgemacht am 19. April 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Olausbeute beim Wasserfluten von Erdöllagerstätten. Unter Wasserfluten sollen alle Operationen verstanden werden, bei denen in den Ölträger Wasser mit Hilfe von Einpreß-Sonden eingebracht wird, um einen vermehrten Zustrom von Öl zu den Fördersonden zu erzeugen.

Aus Laboratoriums- und Feldbeobachtungen ist bekannt, daß die Verdrängung des Öls aus dem ölhaltigen Gestein bzw. aus Ölsanden nicht einfach in dem Sinne erfolgt, daß das Wasser den Ölinhalt des Trägergesteins etwa kolbenartig vor sich herschiebt. Das Wasser eilt dem Öl zum Teil voraus, so daß in den Fördersonden bereits Wasser zutage tritt, wenn das Trägergestein noch beträchtliche Ölmengen enthält. Der Periode reiner Ölproduktion folgt mehr oder minder rasch eine solche, in der Öl mit Wasser zusammen gefördert wird, wobei der Wassergehalt des Gemisches laufend zunimmt, bis die Grenze der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erreicht ist. Bei der laboratoriumsmäßigen Nachahmung der beim Wasserfluten oder auch beim natürlichen Wassertrieb ablaufenden Vorgänge gilt daher der bis zum ersten Wasserdurchbruch erzielte Entölungsgrad einer Probe, nämlich der Volumanteil Öl in Prozenten der ursprünglichen Ölmenge, als die bei dem betreffenden Gestein und Öl in der Lagerstätte erzielbare Entölung, die, wie bekannt, außer von dem Viskositäts-

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verhältnis von Öl zu Wasser auch von der Durchlässigkeit des Trägergesteins in mdy (Millidarcy) abhängt. Bei nicht zu geringer Durchlässigkeit des Trägergesteins ist der Entölungsgrad nur noch von dem Viskositätsverhältnis der beiden Phasen des Systems abhängig. Er nimmt einen um so höheren Wert an, je mehr sich das Viskositätsverhältnis dem Wert ι nähert, und erreicht erfahrungsgemäß seine untere Grenze bei einem Viskositätsverhältnis des

ίο Öles zum Flutwasser von 30 : 1.

Die Erfindung geht von der bekannten Erkenntnis aus, daß man auch bei Lagerstätten mit zähflüssigen Ölen, deren naturgegebene Voraussetzungen für das Fluten mit Wasser nach den vorstehenden Erläuterungen ungünstig sind, den Flutungsprozeß verbessern und den Entölungsgrad erhöhen kann, wenn man dem Flutwasser lösliche Stoffe zusetzt, die geeignet sind, seine Viskosität zu steigern.

Die Verwendung verdünnter Lösungen anorganischer Salze zum Fluten von Erdöllagerstätten ist bekannt. Sie werden als Flutmedium dazu verwendet, wenn auf den Ölfeldern, was bekanntlich oft der Fall ist, nur salzhaltige Wässer zu Verfügung stehen, oder in solchen Fällen, wenn die geologische Beschaffenheit der Gesteine bei Verwendung salzfreien Wassers Quellungserscheinungen hervorrufen würde, die ein ausreichendes Eindringen des Wassers verhindern. Auch wurde schon in Erwägung gezogen, solche Salzlosungen höherer Konzentration oder Dispersionen kolloidaler Substanzen mit genügend hoher Konzentration zum Fluten zu verwenden. Diese Vorschläge vermochten wegen der hohen, damit verbundenen Kosten bzw. wegen der Gefahr der Verstopfung des porösenGest eins keinen Eingang in dieTechnik zu finden.

Man hat auch bereits versucht, durch Zusatz oberflächenspannungserniedrigender Stoffe, wie Saponinen, eine bessere Benetzung des ölführenden Gesteins und dadurch eine Erhöhung der Ölausbeute zu erzielen. Mit der gleichen Zielsetzung wurde auch der Zusatz von Polyglykoläthern zum Flutwasser in sehr geringen Konzentrationen vorgeschlagen, die ebenfalls durch Herabsetzung der Oberflächenspannung, unter gleichzeitiger Ausbildung eines Films an der Grenzfläche Wasser-Öl, bewirken sollen, daß das Öl besser vom Gestein gelöst wird. Bei diesen bekanntgewordenen Verfahren besitzt das Flutmedium meist keine wesentlich höhere Viskosität als reines Wasser. In manchen Fällen kann sogar eine verminderte Viskosität angenommen werden. Dagegen sind Verfahren vorgeschlagen und auch praktisch ausgeübt worden, das Viskositätsverhältnis durch Senkung der Viskosität des Öles zu beeinflussen, so z. B. mittels Einpressen von Gas oder durch Erwärmen.

Es wurde nun gefunden, daß man das Ölausbringen wesentlich verbessern kann, indem man zur Erhöhung der Viskosität des Flutwassers in einem solchen Maße, daß das Verhältnis der Viskosität des zu fördernden Öles zu der des Flutwassers nur noch höchstens 30 : 1 beträgt, leichtlösliche Salze organischer Säuren oder organische Stoffe höheren Molekulargewichts, wie Stärke, Stärkederivate, Eiweißstoffe und Cellulosederivate, verwendet.

Auf diese Art und Weise gelingt es, das Ausbringen von Öl bis zum Wasser durchbrach z. B. aus einem gegebenen ölhaltigen Gestein von 15 °/₀ auf 26 % zu erhöhen, wenn man dessen Viskosität erhöht und dadurch das Viskositätsverhältnis öl zu Wasser von 40 auf 21 senkt.

In Fällen, in denen eine Lagerstätte bereits teilweise mit Wasser, sei es durch vorausgegangenes Fluten, sei es durch natürlichen Wassertrieb, überflutet ist, wird man zweckmäßig höherkonzentrierte Lösungen verwenden, als nach den sonst gegebenen Bedingungen erforderlich wäre. Durch die Verdünnung mit dem bereits im ölführenden Gestein vorhandenen Wasser stellt sich von selbst eine niedrigere Konzentration und Viskosität des Flutungsmediums ein, die bei Wahl geeigneter Ausgangskonzentrationen und -mengen den gewünschten Bedingungen entspricht.

Besonders vorteilhaft verfährt man erfindungsgemäß, wenn man dem Flutwasser solche höhermolekulare, wasserlösliche organische Stoffe zusetzt, deren Moleküle Kettenstruktur aufweisen. Durch den Zusatz solcher Stoffe wird die Viskosität von Wasser beträchtlich erhöht, so daß es möglich ist, mit verhältnismäßig geringem Aufwand an gelöstem Stoff, d. h. etwa 1 °/₀ und weniger, auszukommen. Es kommen hierfür praktisch alle Stoffe mit Kettenmolekülen in Frage. Zusätzliche Vorteile lassen sich erzielen, wenn man dem Flutwasser solche höhermolekulare organische Stoffe zusetzt, deren wäßrige Lösungen strukturviskos sind, z. B. Seifen, wasserlösliche Celluloseabkömmlinge, wasserlösliche Kunstharze vom Typus der Harnstoff-Formaldehyd-Kunstharze und andere Kunststoffe, die wasserlösliche Kettenpolymerisate bilden. Da bekanntlich bei Lösungen dieser Art ihre Viskosität mit der Fließgeschwindigkeit zunimmt, ergeben sich durch ihre Anwendung bei den geringen Fließgeschwindigkeiten des Flutungsprozesses im Gestein besonders große Ölausbeuten.

Als hervorragend geeignet haben sich hierfür die Alkalisalze der Polyacrylsäuren erwiesen, die schon in geringen Konzentrationen die Viskosität von Wasser sehr stark erhöhen. Flutversuche mit Lösungen von polyacrylsaurem Natrium ergeben, entsprechend der höheren Viskosität dieser Lösungen, einen wesentlich besseren Entölungsgrad als reines Wasser, wie die folgenden Beispiele zeigen.

Die Versuche wurden mit zylindrischen Proben eines Unterkreidesandsteins ausgeführt, dessen Porenraum ganz mit Öl ausgefüllt war. Dieselben Proben wurden einmal mit Wasser und nach erneuter Sättigung mit Öl mit einer Lösung von 0,2 °/₀ Natriumpolyacrylat bis zum Wasserdurchbruch geflutet. Die Versuchstemperatur betrug 20⁰.

Öl

Wasser

Na-Polyacrylat-Lösung

Viskosität
cp

77

IO

Viskositätsverhältnis

77 7,7

506/72

G 12424 VI/5a

Probe

Nr.

Durchlässigkeit

mdy

8₃2
1300
5260

Porosität

7o

25,8
25,8
28,4

Entölungsgrad
beim Fluten mit
Acrylat-

Wasser

l6,0
14,5
13,5

lösung

44.0
34,2

42,1

Wie erwähnt, ändert sich bei Lösungen von Stoffen, die langkettige Moleküle bilden und strukturviskos sind, die Viskosität mit der Fließgeschwindigkeit in dem Sinne, daß sie um so größer wird, je kleiner die Fließgeschwindigkeit ist. Da diese durch die Einpreßgeschwindigkeit bzw. den Einpreßdruck reguliert werden kann, bietet diese Ausführungsform überraschenderweise den zusätzlichen großen Vorteil, daß durch Abstimmung des an das System angelegten

ao Druckgradienten die Fließgeschwindigkeit und damit die Viskosität des Flutmediums in weiten Grenzen geregelt werden kann. So ergab sich z. B. bei Versuchen an einer ölhaltigen Gesteinsprobe, unter Verwendung einer o,2prozentigen Na-Polyacrylatlösung als Flutmedium, daß die Fließgeschwindigkeit bei Senkung des Druckgradienten von 0,17 auf 0,005 at/cm, also auf ^x/₃₄ des ursprünglichen Wertes, sich auf ¹Z₂₃₈ des Ausgangs wert es verringerte. Das bedeutet, daß die Viskosität der Lösung bei dem niedrigeren Druckgradienten den siebenfachen Wert besaß. Infolgedessen kann mit solchen Lösungen die Ölausbeute noch weiter gesteigert werden, indem man das Fluten langsam, also unter niedrigem Druck durchführt. Das folgende Beispiel zeigt deutlich, in welchem Maße die Ergebnisse vom angelegten Druckgradienten abhängig sind.

Beispiel:

Zylindrische Probestücke von Bentheimer Sandstein wurden mit Öl getränkt und bei verschiedenen Druckgradienten geflutet. Es wurden bis zum Wasserdurchbruch die folgenden Entölungsgrade erzielt:

Probe Nr.

0,07 at/cm

Entölung bei

42,3 33,7

2 34,2 25,1

3 36,5 32,3

Das vorstehend beschriebene Verfahren eröffnet einen neuen und überraschenden Weg, um auch bei

0,13 at/cm
% solchen Erdöllagerstätten, die infolge der Beschaffenheit der darin enthaltenen Ölkomponente für das normale Fluten mit Wasser nicht zugänglich sind bzw. zu geringe Ölausbeuten ergeben, das Fluten mit einfachen und verhältnismäßig billigen Mitteln bei beträchtlich gesteigertem Ausbringen an Öl durchzuführen und so einen sonst vielleicht aus wirtschaftlichen Gründen notwendigen vorzeitigen Abbruch der Förderung zu vermeiden. Besonders in ölarmen Gebieten ist das erfindungsgemäße Verfahren dazu berufen, eine sonst nicht erreichbare Mehrausbeute an Öl sicherzustellen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erhöhung der Ölausbeute beim Wasserfluten von Erdöllagerstätten mit Flutwasser, dem wasserlösliche Stoffe, die geeignet sind, pro Einheit gelösten Stoffes eine beträchtliche Erhöhung der Viskosität zu bewirken, in solchen Mengen zugesetzt werden, daß das Verhältnis der Viskosität des zu fördernden Öles zu der des Flutwassers nicht mehr als 30:1 beträgt, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatz leichtlösliche Salze organischer Säuren oder organische Stoffe höheren Molekulargewichtes, wie Stärke, Stärkederivate, Eiweißstoffe, Cellulosederivate, verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Flutwasser solche höhermolekulare, wasserlösliche organische Stoffe, deren Moleküle Kettenstruktur aufweisen, z. B. Seifen, Cellulosederivate, wasserlösliche Kunstharze, in Mengen bis zu 1 % zugesetzt werden.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Flutwasser Alkalisalze von Polyacrylsäuren zusetzt.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das die löslichen Stoffe enthaltende Flutwasser mit geringem Druckgradienten, d. h. mit geringer Geschwindigkeit in die Lagerstätte einpreßt.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man bei ganz oder teilweise überfluteten Lagerstätten das die löslichen Stoffe enthaltende Flutwasser mit höherer Konzentration an gelöstem Stoff als bei nicht überfluteten Lagerstätten einpreßt.

Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 233 381, 2 533 546; Walter Rühl, Entölung von Erdöllagerstätten durch Sekundärverfahren, 1952, S. 35 bis 39; »Bohrtechnik — Brunnenbau«, 1953, S. 137 bis 142.

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