!HU000006990T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 006 990
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA E21B 43/267
(21) Magyar ügyszám: E 04 705470 (22) A bejelentés napja: 2004. 01. 27. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20040705470 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1604095 2004. 08. 12. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1604095 B1 2008. 08. 13.
(51) Int. Cl.:
(30) Elsõbbségi adatok: 248540 2003. 01. 28.
(73) Jogosult: SCHLUMBERGER TECHNOLOGY B. V., 2514 JG Den Haag (NL)
US
(72) Feltalálók: CHAN, Keng, S.- Schlumberger Oilfield Supp.Sdn Bhd, No. 8 Jalan Perak, 50450 Kuala Lumpur (MY); BROWN, J., Ernest, Katy, TX 77450 (US); MILNE, Arthur, William, Valle Ariba, Caracas (VE); RIMMER, Brett, Damascus (SY); BRADY, Mark, P.O.BOX 8746, Doha (QA) (54)
(2006.01) E21B 43/27 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 04067911 PCT/IB 04/000182
(74) Képviselõ: dr. Harangozó Gábor, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Nagy effektív felülettel rendelkezõ, kitámasztott repedés
HU 006 990 T2
(57) Kivonat A találmány szerinti eljárás fúrólyukkal harántolt föld alatti tárolórétegben repedés létrehozására szolgál. Az eljárás során (a) támasztóanyagot tartalmazó viszkózus vivõfolyadékot fecskendeznek be a tárolóréteg repesztéséhez elegendõ sebességgel és nyomással; majd egy külön lépésben (b) rétegoldó folyadékot fecskendeznek be a tárolóréteg repesztéséhez elégtelen sebességgel és nyomással, valamint olyan fluxus mellett, amelynél a repedésbõl a tárolóréteg belsejébe vezetõ, szétágazó járatokat képeznek, ezáltal a folyadékoknak a repedésbe történõ beáramlásához megnövelt effektív felületet hoznak létre.
2. ábra A leírás terjedelme 14 oldal (ezen belül 2 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 006 990 T2
A találmány szakterülete A találmány folyadékok fúrólyukkal harántolt föld alatti tárolórétegekbõl történõ kitermelésének fokozásával kapcsolatos. Közelebbrõl a találmány olyan eljárásra vonatkozik, amely megnöveli a repedések azon képességét, hogy behálózzák a tárolórétegeket. A találmány különösen olyan kitámasztott repedésekre vonatkozik, amelyek a repedések homlokfelületétõl a tárolóréteg belsejébe vezetõ járatokkal rendelkeznek. A találmány továbbá az ilyen repedések létrehozására szolgáló eljárásokra vonatkozik. A találmány háttere A folyadékok porózus közegen keresztül történõ áramlását, például a folyadékoknak kutakból történõ kitermelését három alapvetõ tényezõ határozza meg; az áramlási út mérete, az áramlási út permeabilitása, valamint a hajtóerõ. Gyakran válik szükségessé a föld alatti tárolórétegekbõl származó folyadékok felszínre jutásának serkentése, amikor a kutak nem termelnek kielégítõen. Az elégtelen termelés oka tipikusan a folyadéknak a tárolórétegtõl a fúrólyukhoz vezetõ nem megfelelõ vagy sérült áramlási útja. Ez visszavezethetõ arra, hogy a tárolóréteg már eleve elégtelen porozitással és/vagy permeabilitással rendelkezik, illetve arra, hogy a porozitás és/vagy a permeabilitás lecsökkent (károsodott) a fúrólyuk közelében a fúrás és/vagy a kivitelezés és/vagy a termelés során. Két fõ kezelési módszer létezik: a rétegserkentés és a rétegrepesztés. A rétegserkentést egy olyan folyadék (például sav vagy oldószer) befecskendezésével végzik, amely feloldja és/vagy diszpergálja azokat az anyagokat, amelyek csökkentik a kút termelékenységét a homokkövekben vagy új, ép folyadékjáratokat hoznak létre a fúrólyuk és egy karbonáttároló réteg között. A rétegserkentésnél a folyadékokat a tárolóréteg repesztési nyomásánál kisebb nyomással fecskendezik be. A rétegserkentés, amit rétegsavazásnak is neveznek, amennyiben a kezelõfolyadék sav, általában csak a fúrólyuk környezetének kezelésére használják. A rétegsavazásnál a felhasznált savat (karbonátok esetén tipikusan sósavat) kellõen alacsony nyomással fecskendezik be ahhoz, hogy megakadályozzák a tárolóréteg repesztését. Célszerû figyelembe venni a kút és a tárolóréteg tulajdonságait (például a hõmérsékletet és a tárolóréteg összetételét) és a kezelési paramétereket (például a sav erõsségét és a befecskendezés sebességét) úgy beállítani, hogy olyan domináns „járatok” képzõdjenek, amelyek áthatolnak a fúrólyuk körüli zónában. Amikor savat pumpálnak egy tárolórétegbe, például egy karbonát (mészkõ vagy dolomit) tárolórétegbe, a repesztési nyomásnál kisebb nyomással, a sav elsõsorban a jobban oldódó vagy a nagyobb permeabilitással rendelkezõ tartományokba áramlik be (vagyis a legnagyobb pórusokba, hasadékokba vagy természetes repedésekbe). A nagymértékben oldható vagy nagy permeabilitással rendelkezõ tartományban megvalósuló savreakció ideális esetben nagyméretû, jól vezetõ folyadékcsatornákat, úgynevezett folyadékjáratokat
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
hoz létre, amelyek megközelítõleg merõlegesek a repedésre. A járatok képzõdése függ a sav és a kõzet közötti kémiai reakció sebességétõl. Nagy reakciósebességek esetén, ahogy azt a természetes ásványi savak – például sósav – tipikus koncentrációi és a karbonátok között megfigyelték, kedveznek a járatok képzõdésének. A terepen végzett kezelések során használt savak szokásosan rendkívül reakcióképesek tárolási körülmények között és csak korlátozott számú járatok kialakítására képesek. A kis reakciósebesség kedvez a sok kis átmérõjû járat kialakulásának. Azonban nem megfelelõen tervezett kezelés esetén nem alakulnak ki járatok. Ehelyett például ha a saváram túl lassú, a sav egyenletesen lép reakcióba a réteggel, amit általában kompakt oldásnak neveznek, amikor is a sav a kõzetet csak a fúrólyuk közelében oldja fel, így nem hatol be mélyen a tárolórétegbe és nem képez áramlási utakat abban. A járatképzõdés azonban kívánatos jelenség a rétegsavazásnál. Ezzel szemben a rétegrepesztésnél egy folyadékot olyan nyomással sajtolnak be a tárolórétegbe, amely magasabb annál, mint amelyen a tárolóréteg kõzete elbomlik. Ezáltal jelentõs mértékben kitágított folyadékjáratokat idéznek elõ. A nyomás megszûnésekor azonban a repedés tipikusan visszazáródik és az új áramlási útvonal nem marad meg, hacsak nem az üzemeltetõ egy olyan mechanizmust biztosít, amelynek segítségével a repedés nyitva tartható. Ennek két szokásos módja van. A hagyományos, hidraulikus repesztésnél a repedés elõállítására vagy tágítására használt folyadék viszkózus és olyan szilárd támasztóanyagot szállít, amely a nyomás megszûnésekor visszamarad a repedésben és ezáltal megakadályozza a repedés összezáródását. A savas repesztésnél, amit repesztõsavazásnak is neveznek, a repedést savval állítják elõ vagy azt követõen savval kezelik. Ez esetben azonban a kezelés paramétereit a korábbiakban úgy állították be, hogy nem valósult meg járatképzõdés. Ehelyett a korábbiakban az volt a cél, hogy a repedés homlokfelületét differenciált módon megmarják. Ezt követõen a nyomás megszüntetésekor a repedés nem záródott össze teljesen, mivel a differenciált marás egyenetlenségeket eredményezett a homlokfelületek között, és ily módon azok többé nem illeszkedtek, hanem olyan rések keletkeztek, amelyekbõl anyag lett eltávolítva. Ideális esetben a differenciált marás folyadékcsatornákat hoz létre, amelyek rendszerint a fúrólyuktól a csúcsig terjedõ repedés homlokfelülete mentén haladnak, ami elõsegíti a kitermelést. A savas repesztésnél a járatképzõdés nemkívánatos jelenség volt, mivel az a korábban alkalmazott eljárásoknál nem több ponton valósult meg a repedés mentén, hanem elsõsorban csak azokon a helyeken alakultak ki járatok, ahol a sav a legkönnyebben vagy elõször lépett érintkezésbe a tárolóréteggel. Ez leginkább a fúrólyuk körül tipikus, bár ha vannak természetes nagy vezetõképességû sávok, hasadékok, üregek stb., lehetnek más helyek is, ahol rendkívül intenzív a járatképzõdés. Ez megnöveli a szükséges sav mennyiségét (elpazarolja azt a savat, amit egyébként a vezetõjáratok marására használnának) és megnöveli a
1
HU 006 990 T2
szivattyúnak a repedés tágításához és a repedés nyitva tartásához szükséges teljesítményét. Így amikor savas repesztésnél a fúrólyuk közelében járatok vannak, nagy mennyiségû sav és nagy szivattyúteljesítmény szükséges ahhoz, hogy a folyadék, amely nagy mennyiségben jut be a repedésbe, ha egyáltalán létrehozható repedés, továbbra is kellõen savas ahhoz, hogy reakcióba lépjen a repedés homlokfelületeivel. Ezt a helyzetet súlyosbítja az a tény is, hogy amennyiben a szivattyú teljesítménye látszólag magas lehet a kútfejnél, a folyadéknak a repedésben kialakuló áramlási sebessége (ami befolyásolja azt a sebességet, amellyel a friss sav eléri az adott pontot) rendkívül kicsi lehet, mivel a repedés homlokfelületének területe jelentõsen megnõ a repedés terjedésével. Egy rétegserkentett kútból történõ kitermelésnél a rendelkezésre álló áramlási utak kiterjedése a repedés méretének és alakjának függvénye, különösen a repedés homlokfelületének tényleges területétõl függ. Az áramlási út permeabilitása a repedésnek a bezáródását követõen kialakuló tényleges permeabilitása, vagyis a kitámasztott repedéseket tartalmazó réteg vagy a mart csatornák effektív permeabilitása. A hajtóerõ a tárolórétegben lévõ folyadék és a fúrólyukban lévõ folyadék nyomása közötti nyomáskülönbség. Ez a hajtóerõ a repedés hossza mentén változó. Az optimális repedés egy nagy effektív felülettel és nagy effektív permeabilitással rendelkezõ repedés. Mivel a megoldás a termelés maximalizálására irányul, ez egyenértékû lenne egy nagyobb tényleges fúrólyuksugár alkalmazásával. Ezért csak egy kis nyomásesésre van szükség ahhoz, hogy a folyadék nagy áramlási sebességgel jusson el a tárolórétegbõl a fúrólyukba. Korábban a folyadékoknak a tárolórétegbõl a repedésbe történõ áramlásához szükséges nagy effektív felülettel rendelkezõ repedés elõállítására az egyetlen mód egy olyan repedés létrehozása volt, amely vagy magas (függõleges irányú repedést feltételezve), vagy hosszú volt (távolra nyúlt a furattól), vagy egyszerre mindkettõ, és nagy effektív permeabilitással rendelkezõ repedés elõállítására a legjobb módszer a támasztóanyag használata volt. Komoly igény mutatkozik olyan kitámasztott repedésekre, amelyek a homlokfelületüktõl a tárolóréteg belsejébe vezetõ járatokkal rendelkeznek, valamint az ilyen repedések kialakítására szolgáló eljárásokra, mivel az ilyen repedések nagy effektív felülettel rendelkeznének és a kutak nagyobb effektív fúrólyuksugarakkal rendelkeznének. Az US 3,468,564 számú szabadalom olyan eljárást ismertet, ahol kitámasztás nélküli repedések számára lehetõvé teszik az összezáródást, mielõtt azok hosszabb ideig savval érintkeznének. Az áramlási járatokat mindaddig marják, amíg a repedést nyitva tartják, és csak azt követõen tágítják ki azokat, hogy lehetõvé tették a repedés bezáródását. Az US 3,842,911 számú szabadalom támasztóanyagok használatát ismerteti egy ilyen folyamatban. Az iratban bemutatott eljárás lényege, hogy létrehoznak egy repedést, a repedésbe támasztóanyagot vezetnek be, majd a támasztóanyagnak a repedésbe történõ teljes bezárását követõen sa-
2
vat fecskendeznek be abba, miközben a repedés zárva marad, és ezáltal lehetõvé teszik a fúrólyuktól viszonylag nagyobb távolságra kiterjedõ áramlási csatornák kialakulását. Az US 4,245,702 számú szabadalom re5 pesztési eljárást és kút savazását ismerteti olyan támasztóanyagok felhasználásával, amelyek különösen alkalmasak viszonylag kemény tárolórétegekben történõ felhasználásra. Az US 3,642,068 számú szabadalom repedés létrehozását ismerteti viszkózus közeg 10 segítségével, melyet támasztóanyagoknak a repedésbe történõ bejuttatása követ. A támasztóanyagot a repedésben távoli helyre juttatják el egy sav segítségével, amely megmarja a repedés falainak azon részeit, amelyek a furathoz közel vannak. Ezt követõen a repe15 dést lezárják. A járatok képzõdését az említett repesztési eljárások egyike sem javasolja.
20
25
30
35
40
45
50
55
60 3
A találmány összefoglalása A jelen találmány egyfelõl olyan eljárásra vonatkozik, amely repedés létrehozására szolgál fúrólyukkal harántolt föld alatti tárolórétegben. Az eljárás során (a) támasztóanyagot tartalmazó viszkózus vivõfolyadékot fecskendezünk be a tárolóréteg repesztéséhez elegendõ sebességgel és nyomással. Az eljárás jellemzõje, hogy egy külön lépésben (b) rétegoldó folyadékot fecskendezünk be a tárolóréteg repesztéséhez elégtelen sebességgel és nyomással, valamint olyan fluxus mellett, amelynél a repedésbõl a tárolóréteg belsejébe vezetõ, szétágazó járatokat képezünk, ezáltal a folyadékoknak a repedésbe történõ beáramlásához megnövelt effektív felületet hozunk létre. Az eljárás egyik lehetséges megvalósítási módjánál egymást követõ lépésekben támasztóanyagot tartalmazó viszkózus vivõfolyadékot fecskendezünk be a tárolóréteg repesztéséhez elegendõ sebességgel és nyomással, majd hagyjuk a repedést bezáródni, végül befecskendezzük a rétegoldó folyadékot. Különösen karbonátok esetén a tárolóréteget oldó folyadék célszerûen önterülõ sav, egy amino-polikarbonsav, például hidroxi-etil-etilén-diamin-triecetsav, amino-polikarbonsav¹só, például trinátrium-hidroxi-etil-etilén-diamintriacetát, amely sósavval célszerûen körülbelül 4 pH¹értékûre van beállítva, vagy amino-polikarbonsav és amino-polikarbonsav¹só keveréke. Homokkõben a rétegoldó folyadék célszerûen fluorsavat vagy fluorsavprekurzort tartalmaz, és adott esetben foszfonátot is tartalmaz. A támasztóanyagot tartalmazó viszkózus vivõfolyadék befecskendezési lépésében szükség esetén meddõszûrést is végezhetünk, illetve adott esetben a folyadékban egy áramlásgátló anyagot is alkalmazhatunk. Egy másik megvalósítási módnál a rétegoldó folyadéknak a tárolóréteg repesztéséhez elégtelen sebességgel és nyomással történõ befecskendezését javító jelleggel végezzük, vagyis azt egy elõzõleg létrehozott repedésre alkalmazzuk, amelybõl folyadékok kitermelését kíséreltük meg, vagy értük el. Az eljárás egy további lehetséges megvalósítási módjánál támasztóanyagot tartalmazó viszkózus, polimer vivõfolyadékot fecskendezünk be a tárolóréteg re-
1
HU 006 990 T2
pesztéséhez elegendõ sebességgel és nyomással, majd a támasztóanyagot tartalmazó, rétegoldó viszkózus vivõfolyadékot a repedés nyitva tartásához elegendõ sebességgel és nyomással fecskendezzük be (adott esetben a repedés továbbterjesztéséhez), majd hagyjuk a repedést bezáródni. Az elsõ támasztóanyag szállítási lépésben szükség esetén meddõszûrést lehet végezni, és az egyik vivõfolyadék szükség esetén tartalmazhat egy áramlásgátló anyagot. Karbonátok esetén a rétegoldó viszkózus vivõfolyadék célszerûen egy felületaktív anyag alapú viszkoelasztikus folyadék, még elõnyösebben egy önterülõ sav. Homokkövek esetén a rétegoldó viszkózus vivõfolyadék célszerûen fluorsavat vagy fluorsavprekurzort tartalmaz, és adott esetben foszfonátot is tartalmaz. Az eljárás egy további lehetséges megvalósítási módjánál a támasztóanyagot tartalmazó viszkózus vivõfolyadékot elõször a tárolóréteg repesztéséhez szükséges sebességgel és nyomással fecskendezzük be, majd egy rétegoldó folyadékot fecskendezünk be a repedés nyitva tartásához elegendõ sebességgel és nyomással, majd a repedést hagyjuk bezáródni. Különösen karbonátok esetén a rétegoldó folyadék célszerûen egy önterülõ sav, egy amino-polikarbonsav, például hidroxi-etil-etilén-diamin-triecetsav, egy amino-polikarbonsav¹só, például trinátrium-hidroxi-etil-etilén-diamin-triacetát, melynek pH¹értéke sósav segítségével célszerûen körülbelül 4¹re van beállítva, vagy egy amino-polikarbonsav és egy amino-polikarbonsav¹só keveréke. Homokkövek esetén a rétegoldó folyadék célszerûen fluorsavat vagy fluorsavprekurzort tartalmaz és adott esetben foszfonátot is tartalmaz. A támasztóanyag bejuttatásakor szükség esetén meddõszûrés végezhetõ, illetve a viszkózus vivõfolyadékban szükség esetén alkalmazható egy áramlásgátló anyag is. Szükség esetén a támasztóanyagot tartalmazó viszkózus vivõfolyadéknak (amely adott esetben egy áramlásgátló anyagot is tartalmaz) a repedés nyitva tartásához elegendõ sebességgel és nyomással történõ befecskendezési lépése végrehajtható a rétegoldó folyadék befecskendezési lépését követõen, de még a repedés bezáródásának lehetõvé tételét megelõzõen. A jelen találmány másfelõl olyan eljárásra vonatkozik, amely repedés létrehozására szolgál fúrólyukkal harántolt föld alatti tárolórétegben, ahol hogy az eljárás során: viszkózus rétegoldó folyadékot fecskendezünk be a tárolóréteg repesztéséhez elegendõ sebességgel és nyomással, valamint olyan fluxussal, amelynél a repedésbõl a tárolóréteg belsejébe vezetõ, szétágazó járatok képzõdnek, ezáltal a folyadékoknak a repedésbe történõ beáramlásához megnövelt effektív felületet hozunk létre; támasztóanyagot tartalmazó viszkózus vivõfolyadékot fecskendezünk be a repedés nyitva tartásához elegendõ sebességgel és nyomással; és lehetõvé tesszük a repedés bezáródását. Szükség esetén alkalmazható meddõszûrés, illetve a rétegoldó viszkózus folyadék adott esetben tartalmazhat áramlásgátló anyagot is. Karbonátok esetén a
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
rétegoldó viszkózus vivõfolyadék célszerûen egy felületaktív anyagot tartalmazó viszkoelasztikus folyadék, még elõnyösebben egy önterülõ sav. Homokkövek esetén a rétegoldó viszkózus vivõfolyadék célszerûen fluorsavat vagy fluorsavprekurzort tartalmaz, és adott esetben még foszfonátot is tartalmaz. Az ábrák rövid ismertetése Az 1. ábra egy hagyományos repedés vázlatrajza. A 2. ábra egy elsõdleges és másodlagos járatokkal rendelkezõ repedés vázlatrajza. Célszerû kiviteli alakok részletes ismertetése A bemutatásra kerülõ elvek és eljárások bármilyen típusú ásványra alkalmazhatók, azonban a leírásban karbonátok és homokkövek vonatkozásában ismertetjük azokat. A karbonátoknak tekintett tárolórétegek tartalmazhatnak bizonyos mennyiségû homokkövet is, illetve fordítva. Továbbá amikor olyan helyzeteket ismertetünk, ahol a sav azzal az anyaggal lép reakcióba, amellyel elõször kerül érintkezésbe, az ilyen reakció helyét „furatközeli” helynek hívjuk, bár természetesen lehetnek olyan helyzetek, amikor az a hely, ahol a sav nagy része elõször lép érintkezésbe a tárolóréteggel, egy távoli pont, például amikor a tárolórétegben természetes, nagy vezetõképességû sávok, repedések vagy üregek vannak. Ilyen helyzetben a „furatközeli” kifejezést úgy kell érteni, hogy elsõsorban azt a lokalizált területet jelenti, amelyet a sav a legkönnyebben elér. A kõzetstimulálásnál (például karbonátsavazásnál) megvalósuló járatképzõdési folyamatra vonatkozóan számos tanulmány kimutatta, hogy az áramló sav által megvalósított oldódási kép a következõ három mechanizmus egyikének eredménye: (a) kompakt oldódás, amelynek során a sav nagy része a fúrólyukkõzet homlokfelületének közelében használódik el; (b) járatképzõdés, amely során az oldódás gyorsabban halad elõre kis számú, jó vezetõképességû mikrocsatorna csúcsánál, vagyis a járatoknál, mint a fúrólyuk falainál; és (c) egyenletes oldódás, amely során számos pórus megnagyobbodik, ami tipikusan a homokkõ savazásánál lép fel. Kompakt oldódás akkor valósul meg, amikor a savat a tárolóréteg homlokfelületén használják. Ebben az esetben az élõ savnak a fúrólyukba történõ behatolása általában néhány centiméterre korlátozódik. Egyenletes oldódás akkor történik, amikor a sav a folyadékok porózus közegen keresztül történõ áramlási törvényei szerint lép reakcióba. Ebben az esetben az élõ sav áthatolása legfeljebb a befecskendezett sav térfogati behatolásával azonos mértékû. (Amint késõbb ismertetjük, savas repesztésnél a repedés felületeiben a vezetõcsatornák marásának elsõdlegesen preferált módja az egyenletes oldás.) A savazási folyamat célkitûzéseit leghatékonyabban akkor tudjuk elérni, ha a fúrólyukközeli permeabilitást a legnagyobb mélységig ki tudjuk tolni a legkisebb mennyiségû sav felhasználásával. Ez a fent említett (b) mechanizmussal érhetõ el, amikor is egy járatmintázat alakul ki. A létrehozott oldódási mintázat a sav fluxusától függ. A savfluxus a savnak az a mennyisége, amely
1
HU 006 990 T2
adott idõtartam alatt egy adott területen áramlik át. A kompakt oldódás viszonylag kis savfluxus mellett történik, a járatok közepes savfluxus esetén képzõdnek, míg az egyenletes oldódás nagy savfluxus mellett valósul meg. A különbözõ mechanizmusok között nincs hirtelen átmenet. Ahogy a savfluxus növekedik, a kompakt mintázat úgy változik meg egy olyan mintázatra, amelyben nagyobb átmérõjû járatok keletkeznek. A fluxus további növekedésével viszont egyre keskenyebb járatok képzõdnek, melyek adott mennyiségû sav befecskendezése esetén egyre távolabbra terjeszkednek. Végül ahogy a sav fluxusa még tovább nõ, egyre jobban szétágazó járatok jelennek meg, ami egy folyadékveszteséget korlátozó üzemmódhoz és a sav kevésbé hatékony felhasználásához vezet. Ennek a jelenségnek meghatározó hatása van a kõzet stimulálásának hatékonyságára, különösen annál az áramlási sebességnél, ahol eltérõ tulajdonságú ágak kezdenek kialakulni; ilyenkor sok járat keletkezik ugyan, de azok nem hatolnak túlságosan mélyre. Ezután végül egy látszólag egyenletes mintázat figyelhetõ meg. A kõzetsavazásnál a leghatékonyabb eljárás tehát az, amikor minimális számú elágazással hozunk létre járatokat, és a folyamat jellemzõje, hogy a járatok a legkisebb mennyiségû sav felhasználásával terjeszthetõk egy adott távolságra. A kõzetsavazásnál, például karbonát tárolórétegek esetén a célszerû oldási folyamat a járatképzés, mivel az hatékonyan hoz létre jól vezetõ csatornákat. Ily módon a járatok képzõdésének optimalizálása kulcsfontosságú az ilyen kezelések sikeressége szempontjából. A savnak az optimális vagy annál nagyobb fluxusértékkel történõ befecskendezése rendkívüli fontosságú a karbonát savas kezelésének sikere szempontjából a kisebb sebességû savbefecskendezés eredményeként kialakuló kompakt oldódás veszélye miatt. Magyarán a sav nagy sebességgel történõ befecskendezése általában elõsegíti a kõzet savas kezelésének sikeres végrehajtását és a savnak az optimális fluxus mellett történõ befecskendezése biztosítja a kõzet leghatékonyabb savas kezelését. Az optimális érték azonban a tárolóréteg tulajdonságainak, a sav tulajdonságainak, a savazási feltételeknek – például a hõmérsékletnek – bonyolult függvénye, így nem adható egyszerû szabály arra, hogy milyen értékû a legelõnyösebb sebesség. A komplexitás közvetlenül a sav és a karbonátok reakciója által kialakított oldódási mintázat hatótávolságából ered. Ha a savfluxus kicsi, a járatok terjeszkedését megakadályozza a sav lassú konvekciója és a járatok terjedési sebességét a konvekció és a molekuláris diffúzió egyensúlya határozza meg. Amennyiben a savfluxus kellõen nagy, a járatok terjeszkedését fõleg a reakciósebesség korlátozza, és a járatok növekedését a felületi reakció és a molekuláris diffúzió egyensúlya határozza meg. Másfelõl viszont a savas repesztésnél sok esetben a stimulálás mélységét (a repedés hosszát) tipikusan korlátozza a savnak a fúrólyuk közelében történõ gyors elhasználódása (kompakt oldódás) és a savnak a repedés homlokfelületein történõ elfolyása (amit általában
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 5
2
folyadékszivárgásnak vagy folyadékvesztésnek neveznek). A folyadékszivárgás egy olyan dinamikus folyamat, amelyet nagymértékben befolyásol a repedés porózus falaiban kialakuló járatok képzõdése. Savas repesztésnél az ilyen járatokat mindig károsnak tekintik, mivel a furathoz közel képzõdnek és elvezetik a folyadékot a repedéstõl, nagy mennyiségû savat fogyasztanak és nem jelentenek elõnyös hatást a repedés vezetõképességére. Azt tapasztaltuk, hogy elõnyös olyan kitámasztott repedéseket létrehozni, amelyek a repedés kõzetének homlokfelületeiben a fúrólyuktól távol is rendelkeznek járatokkal. Ezt egy, a kiékelési lépés alatt vagy azt követõen végrehajtott stimuláló kezeléssel érjük el oly módon, hogy a befecskendezett reakcióképes rétegoldó folyadék adott mennyisége és a tárolóréteg adott hõmérséklete, adott nyomása és adott összetétele esetén megfelelõen szabályozzuk a reakciósebességet, a diffúzió sebességét és a szivattyú teljesítményét (ami a konvekció sebességét szabályozza), illetve ezek között megfelelõ egyensúlyt tartunk fenn. A szivattyú teljesítményének és a folyadék reakcióképességének szabályozásával a kívánt helyen kialakítandó járatok létrehozása hatékonyan végezhetõ el a reakcióképes rétegoldó folyadékkal, ezáltal és a stimulálás optimális lesz. A kõzetsavazás és/vagy a savas repesztés területén jártas szakemberek meghatározták a reakcióképes folyadékok és a tárolóréteg ásványai közötti reakciók adatait, összefüggéseit és modelljeit. Ezeket az adatokat, összefüggéseket és modelleket használták korábban a járatképzõdés kiküszöbölésére a savas repesztésnél, valamint a maximális mértékû furatképzõdéshez a kõzetsavazásnál. Erre vonatkozó példa található az US 10/065,441 számú szabadalmi bejelentésben, melynek jogosultja azonos a jelen bejelentés jogosultjával, valamint az US 6,196,318 számú szabadalomban. A folyadékok megválasztásához és a stimulálási munkálatok megtervezéséhez ezek az adatok, összefüggések és modellek használhatók a járatoknak a biztosított repedésekben történõ kialakulásának elõsegítésére. A járatoknak a kitámasztott repedések homlokfelületeiben történõ elõállításakor részben ugyanazok a problémák merülnek fel, mint a rétegsavazás során a réteg homlokfelületeinek marásakor. Gondoskodni kell tehát annak biztosításáról, hogy a sav teljes reakciója vagy annak nagy része ne a furathoz túlságosan közel menjen végbe. A szakmában ismert, hogyan lehet elérni a maximális hatékonyságot a repedéssavazási eljárásnál, vagyis gyakran kívánatos annak az idõtartamnak a maximalizálása, ameddig a repedés ki van téve a sav hatásának, miközben a felhasznált sav mennyiségét gazdaságilag ésszerû szinten tartjuk. Az eddig alkalmazott savazási eljárásoknál azonban a vártnál gyakran gyengébb eredményt értek el, amikor a savas kezelés idõtartamát maximalizálták. Amikor például egy kúttároló réteg repedéssavazását úgy végezték el, hogy elõször egy repedést hoztak létre a tárolórétegben, majd folyamatosan savat fecskendeztek nagy sebességgel és nyomással a repedésbe egy vagy több
1
HU 006 990 T2
lépésben, a repedésnek a kút közelében lévõ homlokfelületei viszonylag hosszú ideig voltak kitéve nagy mennyiségû sav maróhatásának, és még nagy mennyiségû sav befecskendezése esetén is elõfordulhatott, hogy a repedésnek a kúttól legtávolabbi homlokfelületei elégtelen mennyiségû savval érintkeztek. Egyes tárolórétegeknél megfigyelhetõ, hogy minél hosszabb ideig hagyják, hogy a sav marja a kúthoz közeli kõzetfelületeket, annál nagyobb a valószínûsége annak, hogy a kõzetnek az ilyen homlokfelületei meglágyulnak vagy túlmaródnak, és így bezáródáskor a homlokfelületek egymásra omlanak, ezáltal tulajdonképpen elzárják vagy leszûkítik a kút közelében kialakított áramlási csatornákat. Más tárolórétegek esetén, amelyek lassabban reagálnak, a savval való érintkezési idõ és a savnak a repedésbe történõ tényleges behatolása nem elegendõ ahhoz, hogy a kúttól távolabbi helyen további áramlási csatornák alakuljanak ki. Bár mindeddig a savazás és a savas repesztés kifejezéseket használtuk, és a továbbiakban is ezeket fogjuk használni tekintettel arra, hogy az iparban is kifejezetten ezeket a kifejezéseket használják, azonban a „sav” kifejezés helyett a továbbiakban inkább a „rétegoldó folyadék” kifejezést használjuk, mivel nemcsak savak alkalmazhatók a tárolóréteg ásványainak oldására szolgáló reakcióképes folyadékokként. Bizonyos optimális eljárásoknál, ahol olyan kitámasztott repedéseket állítunk elõ, amelynek járatai a repedés homlokfelületétõl a fúrólyuktól távoli helyekig terjednek, nem a savak az optimális reakciófolyadékok. A járatképzõdés elméletének megértését követõen újabban továbbfejlesztették a rétegoldó folyadékok összetételét. Az alábbiakban az ismert gélesített savak, emulzifikált savak, szervetlen vagy szerves savakat tartalmazó, késleltetett hatású savak, valamint ezen hagyományos savak keverékei mellett új, nem hagyományos reakciófolyadékokat fejlesztettünk ki, amelyek fõként kelátrendszereket használnak, és amelyek alkalmasak járatképzésre a karbonáttartalmú tárolórétegekben, amikor a teljes stimulálási folyamat optimalizálva van. A nem hagyományos rétegoldó folyadékok közül példaként említhetõk az amino-polikarbonsavak és azok sói, melyeket idõnként nem savas reakcióoldatoknak (NARS) neveznek, amikor alapanyagként használják azokat. Ezenkívül új önterülõ járatképzõ savrendszerek, amelyek a pH¹érték függvényében a viszkozitásukat rendkívül nagymértékben megváltoztató viszkoelasztikus felületaktív rendszerek, szintén megismerhetõk a leírásból, amely rendszerek elõsegíthetik a repedés felületébõl kiinduló járatok számának növekedését. A rétegoldó folyadék reakcióképessége megválasztható (például repedés- és/vagy savazásszimuláló számítógépes programok felhasználásával) az áramlási sebesség, valamint a tárolóréteg és a folyadék paraméterei alapján. A rétegoldó folyadék reakcióképességét a reakció sebességének, a tömegáram értékének vagy a két paraméter együttesének változtatásával lehet szabályozni. A reakciósebesség lecsökkenthetõ például a rétegoldó folyadék típusának módosításával, a folyadék formájának oldatból emulzióvá történõ át-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 6
2
alakításával, megfelelõ sók hozzáadásával (amelyek megváltoztatják a felületi reakció egyensúlyi állandóját), vagy a rétegoldó folyadék pH¹értékének növelésével. A reakciósebesség lecsökkenthetõ továbbá a fizikai folyamat körülményeinek megváltoztatásával és (például a szivattyú szállítási sebességének és/vagy a szivattyú nyomásának csökkentésével vagy külsõ hûtõeszközök vagy belsõ hûtõeszközök felhasználásával), a rétegoldó folyadék hûtésével (például egy nagy impregnálófokozat bepumpálásával vagy nitrogén vagy más, a folyamat szempontjából közömbös gáz hozzáadásával). A repedés felületében a fúrólyuktól távoli járatokkal rendelkezõ kitámasztott repedések elõállításánál az egyszerû ásványsavak, például a sósav, a fluorsav vagy a sósav és a fluorsav keverékei túlságosan reakcióképesek lennének és már a furathoz közvetlen közelében teljesen elhasználódnának. Normális esetben egy kevésbé reakcióképes rétegoldó folyadék használatára lenne szükség. Nem korlátozó értelmû példaként említhetõk itt a szerves savak (például az ecetsav vagy a hangyasav, amelyek reakcióképessége tovább módosítható különbözõ mennyiségû nátrium-acetát vagy nátrium-formiát alkalmazásával), a kelátképzõ szerek, például az amino-polikarbonsavak [például az etiléndiamin-tetraecetsav vagy a hidroxi-etil-etilén-diamin-triecetsav (HEDTA), amelyek reakcióképessége tovább módosítható azáltal, ha részben vagy teljesen átalakítjuk azokat nátrium¹, kálium- vagy ammóniumsókká vagy módosítjuk azok pH¹értékét például sósavval], a késleltetett hatású ásványi savak (például gélesített vagy emulzifikált sósav, amelyek reakcióképessége tovább módosítható felületaktív anyag típusának és koncentrációjának, illetve az olaj/víz aránynak a megfelelõ megválasztásával). A hasznos kelátképzõ szerek egy számos vegyületbõl álló, ismert csoportot alkotnak. A kelátképzõ szerek csoportja tartalmaz többek között amino-polikarbonsavakat és foszforsavakat, valamint azok nátrium¹, káliumés ammóniumsóit. A jelen folyamat szempontjából jól használható a HEDTA és a HEIDA (hidroxi-etil-imino-diecetsav). A szabad savak és azok nátrium¹, kálium- és ammóniumsói (valamint kalciumsói) jól oldhatók erõs savakban, valamint nagy pH¹érték mellett, így elõnyösen használhatók bármilyen pH¹érték mellett és bármilyen más reakcióképes folyadékokkal (például sósavval) együtt. Más amino-polikarbonsavak, például az EDTA, az NTA (nitrilo-triecetsav), a DTPA (dietilén-triamin-pentaecetsav) és a CDTA (ciklohexilén-diamin-tetraecetsav) szintén alkalmas erre a célra. Alacsony pH¹értéknél ez utóbbi savak és azok sói kevésbé oldhatók. A megfelelõ foszfonsavakra és azok sóira az alábbi példák említhetõk: ATMP: amino-tri(metilénfoszfonsav); HEDP: 1¹hidroxi-etilidén-1,1-foszfonsav; HDTMPA: hexametilén-diamin-tetra(metilénfoszfonsav); DTPMPA: dietilén-diamin-pentametilén-foszfonsav; és 2¹foszfonobután-1,2,4-trikarbonsav. Mindezen foszfonsavak beszerezhetõk a Solutia, Inc. (St. Louis, MO, USA) cégtõl DEQUEST (Solutia bejegyzett védjegye) foszfonátok formájában. Ezek az anyagok jól ismertek az olajipar-
1
HU 006 990 T2
ban. A korábbi kezelések során azonban nem juttattak ilyen folyadékokat a tárolórétegbe oly módon, hogy optimális járatképzõdési hatékonyságot érjenek el, és ezért a tárolórétegekben a repedés felületébõl kiinduló járatok létrehozására nem voltak olyan hatékonyak, mint a találmány szerinti eljárás. Különösen elõnyös kelátalapú oldószerek azok, amelyek hidroxi-etil-aminokarbonsavakat, például hidroxi-etil-etilén-diamin-triecetsavat (HEDTA), hidroxi-etil-imino-diecetsavat (HEIDA) vagy ezek keverékét tartalmazza, ahogy ezt az US 6,436,880 számú szabadalom ismerteti, amelynek szabadalmasa megegyezik a jelen bejelentés jogosultjával, és amelynek teljes anyagát magában foglalja a jelen bejelentés. Az ilyen keláttartalmú folyadékok viszkózussá tehetõk. Különösen elõnyös önterülõ járatképzõ savrendszerek azok, amelyek bizonyos felületaktív anyagok oldataiból, fõként bizonyos belsõ sóképzésére alkalmas szerves vegyületek oldataiból készülnek, adott esetben társ-felületaktívanyagok vagy rövidebb szénláncú alkoholok felhasználásával. Erre vonatkozó példák találhatók az US 6,399,546 számú szabadalomban, valamint az US 10/054,161 és az US 10/065,144 számú szabadalmi bejelentésekben, amelyek jogosultja megegyezik a jelen bejelentés jogosultjával és amelyek teljes anyaga a jelen bejelentés tárgyához tartozik. Különösen elõnyös önterülõ sav készíthetõ eruka-amidopropil-dimetil belsõ só. Az említett önterülõ járatképzõ savrendszerek lényeges tulajdonsága, hogy elõállításukkor vízszerû viszkozitással rendelkeznek (amikor erõsen savas kémhatásúak), azonban a viszkozitásuk rendkívüli mértékben megnõ a pH¹értéknek a reakció során körülbelül 2 és 2,5 közötti érték fölé emelkedésével. A találmány szerinti eljárásoknál hagyományos, hidraulikus kiékelést alkalmazó repesztési eljárásokat hajtunk végre az esetleg szükséges megfelelõ beállításokkal, melyek a szakmában jártas szakemberek számára jól ismertek. A találmány szerinti repedésserkentési kezelés egyik célszerû változata tipikusan egy hagyományos ékelési lépéssel kezdõdik a repedés létrehozása céljából, amelyet olyan lépések sorozata követ, amelyek során egy viszkózus vivõfolyadék támasztóanyagot juttat a repedésbe, ahogy a repedés tejed. Az említett lépések sorozatánál a támasztóanyag mennyiségét általában lépésszerûen növelik. A támasztó- és a vivõfolyadék rendszerint egy gélesített vizes folyadék, például víz vagy sóoldat, amely viszkoelasztikus felületaktív anyaggal vagy oldható vagy diszpergálható polimerrel, például guarral, hidroxi-propil-guarral vagy más hasonló anyaggal van sûrítve. A támasztó- és vivõfolyadékok tartalmazhatnak különbözõ adalék anyagokat. A folyadék adalék anyagaira nem korlátozó értelmû példaként említhetõk a térhálósító szerek, az iszaposodást szabályozó szerek, a mozgékonyságot szabályozó szerek, például rostok, az áramlásgátló anyagok stb., feltéve, hogy az adalék anyagok nem befolyásolják a rétegoldó folyadék stabilitását vagy mûködését. A repesztõfolyadékoknak a fúrólyukban lefelé történõ pumpálása egy föld alatti tárolóréteg repesztése céljából jól ismert eljárási lépésekbõl áll. Az ilyen repesztõ-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 7
2
kezeléseket tervezõ személy az a szakember, akinek a jelen leírás szól. Az ilyen személy számára számos hasznos eszköz áll rendelkezésre a repesztési eljárások tervezésének és végrehajtásának elõsegítésére, amelyek közül az egyik egy olyan számítógépi program, amelyet általában repedésszimulációs modellnek (vagy más néven repedésmodelleknek, repedésszimulátoroknak vagy repedéselhelyezõ modelleknek) neveznek. A legtöbb, ha nem az összes kereskedelmi szolgáltató cég, amely repesztési szolgáltatásokat nyújt az olajipar számára, rendelkezik egy vagy több repedésszimuláló modellel, amelyeket azok kezeléstervezõi használnak. Az egyik, számos szolgáltató cég által széles körben használt kereskedelmi forgalomban kapható repedésszimulációs modell a FracCADE™ nevû program. Ez a kereskedelmi forgalomban kapható számítógépes program egy olyan repedéstervezõ, ¹jósló és kezelésmonitorozó program, amelyet a Schlumberger cég fejlesztett ki. Az összes különféle repedésszimulációs modell a kezelendõ réteg és a különbözõ kezelõfolyadékokkal (és adalék anyagokkal) kapcsolatosan a kezelés tervezõje számára rendelkezésre álló információt használja a számításokban, és a program kimenete egy olyan pumpálási ütemezés, amelyet a repedésstimuláló folyadékoknak a fúrólyukba történõ pumpálásához használnak. A repesztésre és más kútkezelési módszerekre vonatkozóan kiváló szakkönyv a „Reservoir Stimulation” [3. kiadás, szerkesztette: Michael J. Economides és Kenneth G. Nolte, kiadó: John Wiley & Sons (2000)]. Az említett mû a repedésszimulációs modelleket az 5. fejezetben (5–28. oldal) és az 5. fejezethez tartozó függelékben (A¹15 oldal) tárgyalja, amelynek anyaga a jelen bejelentés anyagát képezi. Mivel bizonyos célszerû kiviteli alakoknál a folyadékoknak a fúrólyukba történõ beáramlására rendelkezésre álló repedést megnövelik járatok létrehozásával, nem szükséges létrehozni hosszú repedést a tárolórétegben. Ebben az esetben a folyadékok, a hidraulikus teljesítmény, valamint idõ és pénz megtakarítása céljából egy meddõszûrés elvégzése kívánatos. A meddõszûrésnél a repedés csúcsánál lévõ szilárd anyagok koncentrációja olyan nagy a folyadéknak a tárolórétegbe való beszivárgása miatt, hogy az iszap már nem képes mozogni. A támasztóanyag besûrûsödött iszapja eltömíti a repedést és megakadályozza a repedés hosszának további növekedését. A szûrést követõen további támasztóanyag/folyadék iszapnak a tárolórétegbe történõ bepumpálása a repedés kitágulását idézi elõ. A repedés ekkor inkább széltében növekszik, mint hosszában, és az egységnyi felületre jutó támasztóanyag nagy koncentrációja kerül a repedésbe. A munkálatokat tudatosan meg lehet úgy tervezni, hogy megnövekedjen a meddõszûrések valószínûsége és további lépések tehetõk meddõszûrések végrehajtására, például az US 10/214,817 és az US 10/227,690 számú szabadalmi bejelentésben bemutatott eljárások alkalmazásával, amelyek bejelentõi megegyeznek a jelen találmány bejelentõjével. A találmány szerinti rétegoldó folyadékok – például savak – közül számos azzal a további elõnnyel is jár,
1
HU 006 990 T2
hogy a polimerek, bizonyos felületaktív anyagok és/vagy a VES-ekben lévõ micellák számára az áramlást akadályozó anyagként viselkednek. Az eljárás egy további elõnye, hogy lehetõvé teszi a kezelõ számára az élõ rétegoldó folyadék további és gyorsabban történõ kinyomását, mivel a repedés térfogatának egy részébe már korábban felszívódik a támasztóanyag. További elõnyt jelent, hogy a kezelõ lényegesen kisebb nyomással is képes pumpálni egy kitámasztott repedésbe, ami már önmagában gazdasági elõnyt jelent. Ezáltal lehetõvé válik a tárolóréteg-oldási lépés végrehajtása oly módon, hogy a járatképzõdés a megfelelõ helyen optimális áramlási sebességgel, és ne pedig a repedés nyitva tartásához szükséges nyomás által meghatározott áramlási sebességgel valósuljon meg. Az 1. ábrán (nem méretarányosan) egy 2 fúrólyukból egy tárolórétegbe behatoló 1 repedés egyik fele látható vázlatos felülnézetben (amennyiben egy megközelítõleg függõleges repedést feltételezünk). Az ábrán a repedésnek a fúrólyuktól megközelítõleg ellentétes irányba haladó másik fele nem látható. Amikor a repedés ki van ékelve, a repedés térfogatának nagy része megtölthetõ a (rajzon nem látható) támasztófolyadékkal. Amennyiben a repedést savas repesztéssel hoztuk létre, a repedés 3 homlokfelületein a rajzon nem látható csatornákat alakítunk ki marással. A 2. ábra egy olyan repedést szemléltet, amelynek a repedés homlokfelületébõl a tárolórétegbe behatoló 4 járatai (elsõdleges csatornái), valamint az elsõdleges csatornákból kiinduló további 5 járatai (másodlagos csatornái) vannak. Az 1. ábrán látható repedéshez hasonló hagyományos repedéseknél a folyadékoknak a tárolórétegben rendelkezésre álló, a repedésbe bevezetõ áramlási útja a repedéstõl mért bármilyen elfogadható távolságban korlátozott a repedések homlokfelületeinek mérete miatt. A folyadékoknak addig kell áramolniuk a tárolórétegen keresztül, amíg elérik a repedést, és a tárolóréteg permeabilitása lényegesen kisebb nem lesz, mint a repedésé. A lokális felületi terület a repedés homlokfelületénél hirtelen megnövekszik, mivel a differenciális marás, a kompakt oldódás vagy az egyenletes oldódás nem csökkenti le annak az áramlási útnak a hosszát, amely mentén a folyadékoknak a tárolórétegen keresztül addig kell áramolniuk, amíg elérnek egy nagy permeabilitású áramlási utat; vagyis nem növelik meg az effektív felületi területet. A járatok azonban, amelyek olyan nagy folyadékpermeabilitású csatornák, amelyek behatolnak a tárolórétegbe, elõsegítik a folyadékoknak a tárolórétegbõl a repedésbe történõ beáramlását, mivel a folyadékok számára lehetõséget biztosítanak a nagy permeabilitású csatornákba történõ bejutásra, amikor még távol vannak a repedéstõl. Amennyiben vannak másodlagos csatornák (másodlagos járatok), amelyek a fõcsatornákból (az elsõdleges járatokból) ágaznak le, az elõbb említett lehetõség még nagyobb. A járatokkal rendelkezõ kitámasztott repedések bármilyen típusú tárolórétegben, például mély, forró karbonát tárolórétegekben és sekély, nagy permeabilitású homokkõ tárolórétegekben egyaránt kialakíthatók. Amennyiben homokkõ tárolórétegeket kezelünk, a ré-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 8
2
tegoldó folyadék célszerûen fluorsavat tartalmaz, továbbá tartalmazhat foszfonátot, ami például, de nem kizárólag, lehet foszfonáttartalmú polimer vagy dietiléntriamin-penta(metilénfoszfonsav). A kitámasztott repedések homlokfelületeibõl a tárolórétegbe benyúló járatok elõállítására szolgáló eljárások két csoportba sorolhatók: a) azok az eljárások, amelyeknél egy zárt kitámasztott repedést hozunk létre, majd ezután alakítjuk ki a járatokat; és b) azok az eljárások, amelyeknél a repedés és a járatrendszer kialakítása a repedéslezárás elõtt történik. Az utóbbi eljárásnál alkalmazott lépések, vagyis a zárt, kitámasztott repedés létrehozása, majd a járatok kialakítása, alkalmazható javító célzattal is, vagyis a korábban létrehozott kitámasztott repedés hozamának javítására. Bármelyik módszer használható abban az esetben, ha olyan természetesen létrejött repedések vagy üregek vannak a tárolórétegben (amelyeket „hasadékoknak” nevezünk), amelyek érintkezésben állnak a fúrólyukkal akár közvetlenül, akár a hidraulikus repedés létrehozásának eredményeként. Nyilvánvaló, hogy a találmány szerinti járatképzõ rétegoldó folyadékok és eljárások bármilyen tárolóréteg esetén egyaránt hatásosak a tárolóréteg repesztési sebességénél és nyomásánál nagyobb vagy kisebb sebességek és nyomások alkalmazása mellett is. Nyilvánvaló továbbá, hogy amikor egy rétegoldó folyadékot optimális járatképzõ feltételek mellett fecskendezünk be, általában minél hosszabb ideig végezzük a pumpálást, annál mélyebbre hatolnak a járatok a tárolórétegben és annál jobb eredmény érhetõ el. Végül szükségesnek tartjuk megjegyezni, hogy mechanikai vagy kémiai terelõanyagok használhatók annak biztosítására, hogy a felhasznált folyadék a kívánt tárolórétegekbe jusson el. Járatokkal rendelkezõ kitámasztott repedések létrehozására szolgáló eljárásokat a múltban is már kipróbáltak, azonban általában eredménytelenül, nemcsak amiatt, hogy a járatképzõdés dinamikáját nem értették meg alaposan és az optimális munkatervek meghatározására alkalmas számítógépi programok nem voltak megfelelõek, hanem azért is, mert nem álltak rendelkezésre bizonyos rétegoldó folyadékok. Például még a késleltetett hatású savak sem a kitámasztott repedés hosszában hatoltak be. Két új típusú folyadékot fejlesztettünk ki nemrég, amelyek elõsegítik az említett eljárások végrehajtását, különösen a karbonátok kezelése esetén. [Amennyiben homokkõ tárolórétegeket kezelünk, a rétegoldó folyadékok célszerûen fluorsavat tartalmaznak, továbbá tartalmazhatnak foszfonátot is, ami lehet például – de nem korlátozó értelemben – foszfonáttartalmú polimer vagy dietilén-triamin-penta(metilénfoszfonsav).] A fent említett két új típusú folyadék különbözõ hõmérsékletek mellett alkalmazható. Alacsonyabb hõmérsékletek esetén, például körülbelül 300 °F alatt, egy viszonylag erõs rétegoldó folyadékot kell használni, így a siker szempontjából kulcsfontosságú annak biztosítása, hogy az összes járat ne túlságosan közel képzõdjön a fúrólyukhoz. Magasabb hõmérsékleteknél, például körülbelül 300 °F felett, olyan folyadékra van
1
HU 006 990 T2
szükség, amely nem túl reakcióképes alacsony hõmérsékleteken, azonban erõsen reakcióképes magasabb hõmérsékleteken. Azt tapasztaltuk, hogy alacsonyabb hõmérsékleteken különösen jól használhatók az olyan felületaktív anyagot tartalmazó folyadékok, amelyek erõs savval történõ létrehozáskor kis viszkozitással rendelkeznek (megközelítõleg a vízzel azonos viszkozitással hasonló feltételek mellett), azonban nagy viszkozitású micellastruktúrákat képeznek, amikor a sav elhasználódik és a pH¹érték körülbelül 2–2,5 közötti értékre nõ meg. Ezek az anyagok, melyeket „viszkoelasztikus terelõsavaknak” (viscoelastic diverting acids, VDA) nevezünk, azzal a további értékes tulajdonsággal rendelkeznek, hogy elvesztik a nagy viszkozitásukat, amikor a rétegfolyadékokkal érintkezésbe kerülnek, ami lehet akár rétegvíz, kondenzátum vagy olaj. (Amennyiben a tárolórétegben az elsõdleges folyadék olyan szénhidrogén, amely felszíni nyomás mellett gáz lenne, például metán, rendelkezésre állnak olyan áramlásgátló anyagok, amelyek lebontják vagy a micellastruktúrát, vagy magát a felületaktív anyagot.) A VDA savakra fent említettünk példákat. Az eljárásokat az impregnálóanyag ismertetése nélkül mutatjuk be, bár nyilvánvaló, hogy általában használnak impregnálóanyagokat. Egy viszkoelasztikus terelõsavnak egy olyan eljárásban történõ használatához, ahol elõbb egy lezárt, kitámasztott repedést hoznak létre, majd kialakítják a járatokat, hagyományos hidraulikus repedést hoznak létre a vivõfolyadékban alkalmazott hagyományos polimer viszkozitásfokozó anyagokkal. A vivõfolyadék tartalmazhat áramlásgátló anyagokat, áramlásgátló savakat és tisztító adalékokat. Lehetõvé tesszük a repedés bezáródását és elegendõ idõt hagyunk a folyadék számára, hogy letörjön, ha szükséges; adott esetben a repedés visszafelé is áramoltatható. Ekkor a repedés támasztóanyagot, továbbá vagy besûrített repesztõfolyadékot vagy rétegfolyadékot tartalmaz. Ezután kis viszkozitású, erõsen savas VDA¹t fecskendezünk a repesztõnyomásnál kisebb nyomással és a járatképzõdés, különösen a szétágazó járathálózat képzõdése szempontjából kedvezõnek kiszámított áramlási sebesség mellett, amennyiben a hõmérsékletet, a VDA savkoncentrációt és a tárolóréteg tulajdonságait is figyelembe vesszük. Elméletileg nem tartjuk kizártnak, hogy a VDA savak a jelen folyamatban az alábbi módon mûködnek. Az elsõként befecskendezett VDA folyadék egy járatot vagy egy járathálózatot képez a fúrólyuknál vagy annak közelében. Azonban ahogy a sav elhasználódik, a VDA viszkozitása a kezdetben létrehozott járatban vagy szétágazó járathálózatban megnövekszik és ezt követõen a befecskendezett sav nem tud beáramlani a járatba, hanem továbbáramlik a repedés belsejébe, és egy másik járat vagy szétágazó járathálózat kialakítását kezdi meg. Ahogy a sav fogy, az adott VDA viszkozitása szintén megnövekszik és a folyamat progresszív módon egyre távolabb zajlik a fúrólyuktól egészen addig, amíg az eredeti repedés homlokfelületének számos pontján létre nem jönnek járatok. A járatképzõ VDA befecskendezésének leállítását követõen a VDA viszkozi-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 9
2
tása a járatokban lecsökken, egyrészt a micelláknak vagy a felületaktív anyagoknak az eltelt idõ és a magas hõmérséklet következtében eleve meglévõ instabilitása miatt, vagy az eredeti VDA vegyületben lévõ áramlásgátló anyagok miatt, vagy a kútfej nyomásának csökkenése és az áramlás irányának megfordulása, és ezáltal a rétegfolyadékoknak a VDA-val való érintkezésének lehetõvé válása miatt. A magasabb hõmérsékleteken használt folyadékok a fent említett kelátképzõ szerek. Különösen célszerû példaként említhetõk azok a kelátalapú oldószerek, amelyek hidroxi-etil-aminokarbonsavat, például hidroxietil-etilén-diamin-triecetsavat (HEDTA), hidroxi-etil-imino-diecetsavat (HEIDA) vagy ezek keverékét tartalmazzák, ahogy ezt korábban említettük. Ezek az anyagok kis reakcióképességûek, kis viszkozitásúak, ugyanakkor nagy oldóképességgel rendelkeznek. A korábban rendelkezésre álló rétegoldó folyadékok az erõs savak, a késleltetett hatású savak vagy a szerves savak voltak. Annak oka, hogy az erõs savak miért nem használhatók, teljesen nyilvánvaló. A késleltetett hatású savak azért nem használhatók, mivel vagy viszkózusak, vagy emulziók, és a folyadék egyik imént említett formája sem fecskendezhetõ be egy kitámasztott repedésbe rendkívül káros hatások nélkül. A viszkózus folyadékok nagy hidraulikus teljesítményt igényelnének és/vagy rendkívül kis sebességgel kellene azokat befecskendezni ahhoz, hogy megakadályozzuk a repedés továbbterjedését és/vagy eltávolítanák a támasztóanyagot a repedésnek a fúrólyukhoz közeli térrészeibõl. Amellett, hogy az emulziók esetleg viszkózusak, az emulziók stabilitásának magas hõmérsékleteken történõ fenntartása és egy kitámasztott tömbön keresztül történõ áramoltatása nehézségekbe ütközne. Olajnedvesítõ felületaktív anyagnak vizes savhoz történõ hozzáadása egy emulzió létrehozása céljából annak érdekében, hogy egy, a savnak a kõzet felületén történõ szétáramlását megakadályozó záróréteget hozzunk létre, gyakran olaj folyamatos befecskendezését igényli a kezelés során. Ezenkívül az említett rendszerek gyakran hatástalanok magas réteghõmérsékletek és nagy áramlási sebességek mellett, mivel a felületaktív anyagnak a tárolórétegben történõ abszorpciója lecsökken. Az emulzifikált savrendszerek használatát szintén korlátozza az áramlással szembeni megnövekedett súrlódási ellenállás. A szerves savak azért nem alkalmasak, mivel sokkal drágábbak, mint az ásványi savak, és miközben kisebb reakciósebességgel rendelkeznek, lényegesen kisebb reakciókészséget is mutatnak, valójában nem a teljes elfogyásukig biztosítják a reakciót, hanem csak addig, amíg a tárolóréteg kõzetével egyensúlyi állapotba nem kerülnek. Így 1 mol sósav (HCl) 1 mol rendelkezésre álló savat (vagyis H+-iont) eredményez, azonban 1 mol ecetsav 1 mólnál lényegesen kisebb mennyiségû használható savat eredményez. Ugyanakkor mivel az említett kelátalapú anyagok kis reakcióképességgel rendelkeznek magas hõmérsékleten és kis viszkozitásúak, ugyanakkor nagy oldóképességgel rendelkeznek, befecskendezhetõk a kitámasztott repedésekbe a járatképzõdéshez szükséges
1
HU 006 990 T2
sebességgel anélkül, hogy a repedést továbbterjesztenék vagy a támasztóanyagot elmozdítanák. Ugyanezen okok miatt az említett két típusú folyadék felhasználása célszerû (bár más folyadékok is használhatók) olyan kitámasztott repedések létrehozására szolgáló eljárások második kategóriájában, amelyek a tárolóréteg homlokfelületeibõl kiinduló járatokkal rendelkeznek: vagyis az olyan repedésekhez, amelyeknél a teljes repedés és a csatornarendszer a bezáródás bekövetkezte elõtt alakul ki. Ennek a megközelítésnek négy változata van: Az elsõ változatnál a korai támasztóanyag-szállító fokozatokban használt vivõfolyadék egy hagyományos, polimerrel viszkozifikált vizes folyadék, míg a késõbbi támasztóanyag-szállító fokozatokban használt vivõfolyadék egy viszkózus rétegoldó folyadék. Mindkettõt a repedések létrehozásához és továbbterjedéséhez elegendõ nyomással és sebességgel fecskendezzük be. Nem korlátozó értelmû példaként említhetõ, hogy a korai fokozatokban használt vivõfolyadék guarral vagy áramlásgátló anyagot tartalmazó guarhelyettesítõ anyaggal, például oxidálószerrel és/vagy enzimmel van viszkozifikálva. Ezekben a fokozatokban olyan folyadékot használunk, amely nem oldja a tárolóréteget, így a kívánt méretû és alakú repedést hozzuk létre anélkül, hogy elõidéznénk azokat a problémákat, amelyek akkor lépnek fel, ha a vivõfolyadéknak reakcióba kell lépnie a tárolóréteggel a fúrólyuk közelében. Mivel a repedés effektív felületi területen a járatrendszer keletkezése következtében a fúrólyuktól távolodva növekszik, a repedésnek nem kell szükségszerûen hosszúnak lennie és így adott esetben a munkálatok úgy vannak megtervezve, hogy egy meddõszûrés valósuljon meg. A további fokozatokban a viszkozifikált rétegoldó vivõfolyadék például, de nem kizárólagosan olyan viszkoelasztikus felületaktív anyag alapú micellarendszer, amely savat vagy kelátképzõ szert vagy mindkettõt tartalmaz. Az ilyen rendszer viszkozitása az olyan tényezõktõl függ, mint amilyen a felületaktív anyag koncentrációja, a környezet (például a pH¹érték, valamint a sók jellege és koncentrációja), az idõ, a hõmérséklet és más anyagok, például alkoholok, társ-felületaktívanyagok és áramlásgátló anyagok jelenléte. Egy ilyen rendszer reakcióképessége ugyanezen tényezõk egy részétõl, valamint a rétegoldó komponens természetétõl és koncentrációjától függ. Az említett összefüggések jól ismertek és így beállíthatók azok a relatív sebességek, amelyeknél a vivõfolyadék elveszti viszkozitását és reakcióba lép a tárolóréteggel, továbbá a szükséges nyomás fenntartásához és a támasztóanyag szállításához szükséges áramlási sebesség figyelembevételével a rendszer megtervezhetõ úgy, hogy ez a viszkozifikált rétegoldó vivõfolyadék támasztóanyagot szállítson a repedésbe, majd járatok létrehozása céljából reakcióba lépjen a tárolóréteggel, és ezzel egyidejûleg vagy ezt követõen elveszítse viszkozitását. Egy különösen célszerû kiviteli alaknál a viszkozifikált rétegoldó vivõfolyadék egy VDA. Ahogy az szinte minden esetben lenni szokott, laboratóriumi kísérleteket és/vagy számítógépes modellezést használunk
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 10
2
ennek optimalizálására és más mûveletek megtervezésére. Második esetben a repedést egy VDA-val hozzuk létre, ami adott esetben egy kelátképzõ szert tartalmaz, ahol a VDA kellõ viszkozitással és szabályozott elszivárgással rendelkezik ahhoz, hogy a kívánt méretû repedést hozza létre. Ahogy a fentiekben a lezárt kitámasztott repedés létrehozására, majd ezt követõen a járatok kialakítására szolgáló módszer ismertetésénél elmagyaráztuk, a feltételek úgy vannak beállítva, hogy a VDA egymást követõ lépésekben a furatlyuktól egyre távolabb hoz létre járatokat. Ez megvalósulhat a repedés növekedése alatt vagy azt követõen, hogy elértük a repedés teljes hosszát, vagyis a pumpálási sebesség egy adott ponton lecsökkenthetõ úgy, hogy a járatok képzõdése miatti folyadékveszteséget kompenzáljuk pumpálással annak érdekében, hogy a repedést nyitva tartsuk. Ezt követõen polimerrel vagy VES viszkozifikálókkal viszkozifikált, támasztóanyaggal adalékolt fokozatokat fecskendezünk be a repedésnek a támasztóanyaggal történõ megtöltése céljából. Ezt olyan nyomással és áramlási sebességgel végezzük, ami legalább a repedés nyitva tartásához elegendõ. Adott esetben a mûvelet megtervezhetõ úgy, hogy a meddõszûrés a támasztófokozat megkezdésekor azonnal vagy röviddel azt követõen megtörténjen, így a repedés inkább szélesedik, mint hosszirányban növekszik. A repedés továbbterjedése és/vagy a járatképzõdés adott esetben a támasztóanyag bedolgozási fokozata során is végbemehet. Ennek a változatnak az az elõnye, hogy a járatok megtölthetõk a támasztóanyaggal. A harmadik esetben a kitámasztott repedést egy hagyományos polimer vagy VES alakú viszkozifikált vivõfolyadékkal hozzuk létre, majd miközben a repedést nyitva tartjuk, rétegoldó folyadékot, például VDA¹t fecskendezünk be. A vivõfolyadék tartalmazhat áramlásgátló anyagot vagy egy áramlásgátló anyag a rétegoldó folyadékkal együtt fecskendezhetõ be. Amennyiben VES¹t használunk, a VES egy olyan rendszer, amely VDA abban az esetben, ha erõsen savas lenne. Ebben a lépéssorozatban a VDA gátolja a polimert vagy a VES¹t (amelyek közül az egyik úgy van megválasztva, hogy erõs savakkal gátolható), így a VDA mélyen be tud hatolni a kitámasztott repedésbe és a korábban ismertetett módon járatokat tud képezni. Amennyiben a vivõfolyadékot nem teljes mértékben gátolja a rétegoldó folyadék elülsõ része, a repedés bizonyos mértékben továbbterjedhet (ami egyébként hasznos is lehet), és valamennyi támasztóanyag eltávolítható a fúrólyukból. Tetszés szerint mozgékonyságot csökkentõ szerek, például rostok vagy mûgyanta bevonatú támasztóanyagok használata segíthet megakadályozni azt, hogy a támasztóanyag tovább áramoljon a repedés belsejébe. Lehetõség van arra is, hogy egy vagy több végsõ támasztóanyag-szállító viszkozifikált fokozatot használjunk a támasztóanyag helyettesítésére a repedésnek a fúrólyukhoz közeli térrészeiben. Egy célszerû kiviteli alaknál a vivõfolyadék VES, míg a rétegoldó folyadék egy VDA. A legcélszerûbb kiviteli alaknál az impregnálóanyag, a vivõfolyadék és a rétegoldó folya-
1
HU 006 990 T2
dék egyaránt tartalmaz eruka-amidopropil-dimetil belsõ sót. Az utolsó esetben a kitámasztott repedést egy olyan viszkózus rétegoldó vivõfolyadékkal hozzuk létre, amely kellõ viszkozitással és szabályozott elszivárgással rendelkezik a kívánt méretû kitámasztott repedés létrehozásához. A feltételek beállíthatók úgy, hogy a viszkózus rétegoldó vivõfolyadék egy résének elszivárgása hozza létre a járatokat a repedés mentén a repedés növekedésekor, és adott esetben úgy, hogy a járatok a repedés elzáródása alatt és azt követõen növekedjenek. Adott esetben a mûvelet megtervezhetõ úgy, hogy meddõszûrés történjék. Ennek a változatnak az az elõnye, hogy a járatok megtölthetõk a támasztóanyaggal. A találmány szerinti eljárás során befecskendezett összes folyadék, például az impregnálóanyag, a viszkózus támasztóanyag-szállító folyadék és a rétegoldó folyadék, egyaránt tartalmazhat különbözõ adalék anyagokat, amelyek jól ismertek a stimuláló kezeléseknél (például korróziógátló anyagok, vasszabályozó szerek, felületaktív anyagok, iszapképzõdést szabályozó adalékok, pufferek, vízkõképzõdést gátló anyagok stb.), feltéve, hogy az adalékok nem befolyásolják a folyadék kívánt hatását vagy stabilitását. A találmány oltalmi körén belül érdemes volna elvégezni laboratóriumi kísérleteket vagy számítógépes szimulációkat annak megállapítására, hogy az ilyen adalékok felhasználhatók. Bár az eljárásokat a jelen leírásban szénhidrogénkitermelés vonatkozásában ismertettük és tipikusan arra is használják, szintén alkalmazhatók befecskendezõkutaknál és más folyadékok, például víz vagy sóoldat kitermelésére.
5
10
15
20
25
30
35 SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Eljárás repedés létrehozására fúrólyukkal harántolt föld alatti tárolórétegben, amely eljárás során: (a) támasztóanyagot tartalmazó viszkózus vivõfolyadékot fecskendezünk be a tárolóréteg repesztéséhez elegendõ sebességgel és nyomással; azzal jellemezve, hogy egy külön lépésben (b) rétegoldó folyadékot fecskendezünk be a tárolóréteg repesztéséhez elégtelen sebességgel és nyomással, valamint olyan fluxus mellett, amelynél a repedésbõl a tárolóréteg belsejébe vezetõ, szétágazó járatokat képezünk, ezáltal a folyadékoknak a repedésbe
40
45
11
2
történõ beáramlásához megnövelt effektív felületet hozunk létre. 2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy lehetõvé tesszük a repedés bezáródását az (a) és a (b) lépés között. 3. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vivõfolyadék polimert tartalmaz és lehetõvé tesszük a repedés bezáródását a (b) lépést követõen. 4. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a rétegoldó folyadékot olyan sebességgel és nyomással fecskendezzük be, amely elegendõ a repedés nyitva tartásához, és lehetõvé tesszük a repedés bezáródását a (b) lépést követõen. 5. Eljárás repedés létrehozására fúrólyukkal harántolt föld alatti tárolórétegben, azzal jellemezve, hogy az eljárás során: viszkózus rétegoldó folyadékot fecskendezünk be a tárolóréteg repesztéséhez elegendõ sebességgel és nyomással, valamint olyan fluxussal, amelynél a repedésbõl a tárolóréteg belsejébe vezetõ, szétágazó járatok képzõdnek, ezáltal a folyadékoknak a repedésbe történõ beáramlásához megnövelt effektív felületet hozunk létre; támasztóanyagot tartalmazó viszkózus vivõfolyadékot fecskendezünk be a repedés nyitva tartásához elegendõ sebességgel és nyomással; és lehetõvé tesszük a repedés bezáródását. 6. Az 1–5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a támasztóanyagot tartalmazó folyadéknak a tárolóréteg repesztéséhez elegendõ sebességgel és nyomással történõ befecskendezése során meddõszûrést végzünk. 7. Az 1–6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a rétegoldó folyadék az alábbi csoportból választott vegyületet tartalmaz: önterülõ sav, fluorsav, fluorsavprekurzor, amino-polikarbonsav¹só és amino-polikarbonsav. 8. A 7. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az amino-polikarbonsav¹só trinátrium-hidroxi-etiletilén-diamin-triacetát, amelynek pH¹értéke körülbelül 4¹re van beállítva sósav felhasználásával, továbbá amino-polikarbonsavként hidroxi-etil-etilén-diamin-triecetsavat használunk. 9. Az 1–8. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a viszkózus vivõfolyadék viszkoelasztikus felületaktív anyagot tartalmaz. 10. Az 1–9. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a rétegoldó folyadék viszkoelasztikus felületaktív anyagot tartalmaz.
HU 006 990 T2 Int. Cl.: E21B 43/267
12
HU 006 990 T2 Int. Cl.: E21B 43/267
13
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest