DE69820138T2

DE69820138T2 - Methode pour stimuler des formations souterraines non consolidees

Info

Publication number: DE69820138T2
Application number: DE69820138T
Authority: DE
Inventors: Philip D. Duncan Nguyen; John L. Duncan Brumley; Lewis R. Duncan Norman
Original assignee: Halliburton Energy Services Inc
Current assignee: Halliburton Energy Services Inc
Priority date: 1997-03-13
Filing date: 1998-03-12
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2018-03-13
Also published as: US5791415A; EP0864726B1; EP0864726A3; DE69820138D1; NO981102L; CA2232051A1; NO326819B1; EP0864726A2; DK0864726T3; NO981102D0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Methode für das Stimulieren von Bohrlöchern in nicht konsolidierten Formationen, und insbesondere auf eine Methode für das Stimulieren der Flüssigkeitsproduktion aus einem solchen Bohrloch, während die Migration von Sand zusammen mit den aus demselben produzierten Flüssigkeiten eingeschränkt wird.
Öl- und Gasbohrlöcher werden oft in nicht konsolidierten Formationen komplettiert, welche losen und inkompetenten Sand beinhalten, welcher zusammen mit Öl, Gas, und/oder Wasser, welche von den Bohrlöchern produziert werden, migriert. Die Gegenwart von Sand in der produzierten Flüssigkeit ist jedoch von Nachteil und deshalb unerwünscht, da die Sandpartikel Pump- und andere Produktionsgeräte durch Reibung beschädigen und die Flüssigkeitsproduktionsfähigkeiten der Produktionszonen innerhalb derselben Bohrlöcher reduzieren können.
Inkompetente Untergrundformationen schliessen solche ein, die losen Sand beinhalten, welcher von den produzierten Flüssigkeiten leicht mitgerissen werden kann, sowohl wie solche, in welchen die in der Formation vorhandenen Sandpartikel unzureichend stark miteinander verbunden sind, um den Kräften widerstehen zu können, die während der Produktion von Flüssigkeiten aus denselben Formationen produziert werden. Eine Technik, welche oft für das Minimieren der Sandproduktion aus solchen Formationen angewendet wird, ist das Produzieren von Flüssigkeiten aus den Formationen mit Hilfe von niedrigen Fließraten, wobei die ungefähren Bohrlochstabilitäten von Sandbrücken und ähnlichem innerhalb der Formationen preserviert werden. Das Einfallen solcher Sandbrücken kann jedoch oft als ein Resultat von unbeabsichtigt hohen Produktionsraten und Druckstössen auftreten.
Nicht konsolidierte Formationen werden bisher hauptsächlich durch das Erzeugen von Spalten innerhalb derselben Formationen und das Positionieren eines Proppantes in denselben Spalten behandelt, um dieselben auf diese Weise in einer geöffneten Position zu halten. Dieser Proppant wurde ausserdem bisher innerhalb der Spalten mit Hilfe einer aushärtbaren Harzzusammensetzung zu einer harten, durchlässigen Masse konsolidiert, um die Migration von Sand durch die Spalten zusammen mit der produzierten Flüssigkeit zu reduzieren. Um sicher zu stellen, dass kein Sand produziert wird, werden ausserdem sehr oft kostspieliges Kiesmaterial, Sandsiebe und ähnliches in das Bohrloch eingebracht. Da diese Kiesmateriale, Sandsiebe und ähnliches den Sand aus den produzierten Flüssigkeiten herausfiltern, trägt die Gegenwart des gefilterten Sandes oft zum Fließwiderstand bei, und produziert auf diese Weise einen zusätzlichen Druckabfall, welcher ein Zusammenbrechen der Spaltenvorderseite und anderer Abschnitte der nicht konsolidierten Formationen zur Folge haben kann und den konsolidierten Proppant innerhalb der Spalten, das Kiesmaterial, und ähnliches umgeht.
Die europäische Patentanmeldung 0476820 beschreibt eine Methode für das Kontrollieren der Produktion von Kornfraktionen in einer nicht konsolidierten oder nur leicht konsolidierten Formation. Die Methode umfasst das Konsolidieren der Formation gemäß eines perforierten produktiven Verzugs mit einem Konsolidierungsharz, das erneute Perforieren des konsolidierten produktiven Verzugs, das hydraulische Spalten des konsolidierten produktiven Verzugs, und das darauffolgende Einbringen eines Proppantes. Eine weitere europäische Patentanmeldung, 0476820, versucht, die mit dem Durchfluß von kohlenwasserstoffhaltigen Flüssigkeiten durch konsolidierte Partikel assoziierten Probleme zu überwinden. Zeilen 11 bis 31 der Spalte 1 der europäischen Patentanmeldung 0476820 erläutert zum Beispiel die Unverläßlichkeit und Ineffektivität aktueller, vor Ort angewendeter Sandkonsolidierungsprozesse, welche auf einer unzureichend kontrollierten Verteilung und Einstellung der Konsolidierungsmittel beruhen, und welche den Erfolg derselben Sandkonsolidierungsprozesse aufgrund der Schwierigkeit, die Balance zwischen einer ausreichenden Menge Harz für einen "Korn-an-Korn" Kontakt und zu viel Harz zu etablieren, weiter einschränken, was die Durchlässigkeit der behandelten Zone einschränken würde. Die europäische Patentanmeldung 0476820 verwendet deshalb ein Feuerfestmaterial einer Größe, welche ausreicht, um eine Produktion von Kornfraktionen oder Sand zusammen mit kohlenwasserstoffhaltigen Flüssigkeiten, welche aus der Formation produziert werden, auszuschliessen, während die Spalten mit Hilfe eines Proppantes offen gehalten werden. Die in der europäischen Patentanmeldung 0476820 aufgeführten bevorzugten feuerfesten Proppante bestehen aus Feuerfestmaterialen wie zum Beispiel Silikoncarbid, Silikonitrid, und Mischungen derselben. Es sind jedoch auch Probleme mit dem Durchführen der Methode assoziiert, welche in der europäischen Patentanmeldung 0476820 beschrieben wird, wie zum Beispiel ein unerwünschter Rückfluß von feuerfestem Proppant aus den erzeugten Spalten, welcher oft in einer Beschädigung der Produktions- und Erdoberflächengeräte resultiert und in manchen Fällen auch in einem Schliessen der Spalten und einem Blockieren derselben durch einen Verlust der Filtrationseigenschaften resultiert.
In Bohrlöchern, welche ib flachen, nicht konsolidierten Produktionsformationen mit hoher Durchläßigkeit geformt werden, wird das Erzeugen von Spalten, welche sich weit in dieselbe. Formation hinein erstrecken, auch sehr schwierig sein. Der Grund dafür ist die Tatsache, dass der horizontale Stress um das Bohrloch herum in einer nicht konsolidierten Formation allgemein überall der gleiche ist, und dass anstelle einer einzigen Spalte, welche sich in gegenüberliegende Richtungen des Bohrloches erstreckt, d. h. einer zweiflügeligen Spalte, mehrere Spalten um das Bohrloch herum geformt werden. Diese zahlreichen Spalten akzeptieren Flüssigkeiten und Proppant, können aber oftmals nicht ausreichend weit geöffnet werden, um die für ein erfolgreiches Stimulierungsverfahren erforderliche optimale Länge zu erreichen. Die Leitfähigkeiten solcher zahlreicher Spalten sind ausserdem weitaus niedriger als die Leitfähigkeit einer einzigen, zweiflügeligen Spalte.
Es besteht deshalb ein Bedarf für verbesserte Methoden für das Stimulieren von Bohrlöchern, welche in nicht konsolidierten, Kohlenwasserstoff produzierenden Formationen geformt sind, wobei zweiflügelige Spalten geformt werden können, welche sich innerhalb derselben Formationen über optimale Längen hin erstrecken und auf diese Weise die Flüssigkeitsproduktion aus den Formationen steigern, und gleichzeitig eine Migration von Formationssand zusammen mit den produzierten Flüssigkeiten verhindern, sodass Kiesmateriale, Sandsiebe und ähnliches nicht erforderlich sind.
Wir haben nun eine Methode für das Stimulieren eines solchen Bohrloches entwickelt, bei welcher die obig beschriebenen Anforderungen wenigstens zum Teil erfüllt werden können.
Die vorliegende Erfindung bietet eine Methode für das Stimulieren einer Flüssigkeitsproduktion aus einer nicht konsolidierten Formation, welche von einem Bohrloch penetriert wird, welche gleichzeitig die Migration von Formationssand zusammen mit produzierten Flüssigkeiten aus derselben Formation einschränkt, wobei dieselbe Methode die folgenden Stufen umfasst:

(a) das Injizieren einer aushärtbaren Harzzusammensetzung in einen Abschnitt der vorgenannten Formation, welche das vorgenannte Bohrloch umgibt, und das Aushärten der vorgenannten Harzzusammensetzung, wobei der vorgenannte Abschnitt der vorgenannten Formation zu einer harten, durchlässigen Masse konsolidiert wird;
(b) das Formen von mindestens einem Einschnitt in das vorgenannte Bohrloch, wobei der vorgenannte Einschnitt sich in den vorgenannten konsolidierten Abschnitt der vorgenannten Formation hinein erstreckt, um auf diese Weise das Erzeugen einer Spalte zu ermöglichen;
(c) das Erzeugen einer Spalte in der vorgenannten Formation, welche sich von dem vorgenannten Bohrloch durch den vorgenannten konsolidierten Abschnitt der vorgenannten Formation hindurch in einen nicht konsolidierten Abschnitt der vorgenannten Formation hinein erstreckt; dadurch gekennzeichnet, dass der mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichtete Proppant in der vorgenannten Spalte positioniert wird, und dass die vorgenannte Harzzusammensetzung ausgehärtet wird, wobei der vorgenannte Proppant zu einer harten, durchlässigen Masse konsolidiert wird, welche die Migration von Formationssand zusammen mit den durch die vorgenannte Spalte produzierten Flüssigkeiten in das vorgenannte Bohrloch hinein herausfiltert und einschränkt.

Die Methode der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet für die Anwendung in verrohrten oder offenen Bohrlöchern, welche in nicht konsolidierten Formationen komplettiert werden. Gemäß dieser Methode wird zunächst eine aushärtbare Harzzusammensetzung in einen Abschnitt der nicht konsolidierten Formation, welche das Bohrloch umgibt, hinein injiziert und ausgehärtet, wobei dieser Abschnitt der Formation zu einer harten, durchlässigen Masse konsolidiert wird. Eine Spalte, und vorzugsweise eine einzige zweiflügelige Spalte, wird dann innerhalb der Formation erzeugt und erstreckt sich aus dem Bohrloch heraus durch den konsolidierten Abschnitt der Formation hindurch und in einen nicht konsolidierten Abschnitt der Formation hinein. Danach wird ein mit einer aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteter Proppant in derselben Spalte positioniert, und die Harzzusammenstellung wird ausgehärtet, wobei der Proppant zu einer harten, durchlässigen Masse konsolidiert wird, welche die Migration von Formationssand zusammen mit den durch die Spalte hindurch in das Bohrloch hinein produzierten Flüssigkeiten herausfiltert und einschränkt.
Mindestens ein Einschnitt, und vorzugsweise ein Paar von sich gegenüber liegenden Einschnitten, wird in dem Bohrloch geformt, um das Erzeugen einer einzigen, zweiflügeligen Spalte zu ermöglichen, welche sich durch den konsolidierten Abschnitt hindurch und in nicht konsolidierte Abschnitte der Formation hinein erstreckt, wobei sich die Einschnitte in die konsolidierten Abschnitte der Formation hinein erstrecken. Der oder die Einschnitte) schwächen den konsolidierten Abschnitt der Formation, wobei eine einzige zweiflügelige Spalte, welche darin erzeugt wird, sich in nicht konsolidierte Abschnitte der Formation hinein erstreckt. Die Bezeichnung "zweiflügelige Spalte" wird hier angewendet, um eine Spalte zu beschreiben, welche sich auf gegenüber liegenden Seiten eines Bohrlochs auf einer Ebene von demselben hinweg nach aussen hin erstreckt, welche allgemein parallel zu der Achse desselben Bohrlochs verläuft.
Die Kombination des konsolidierten Abschnitts der Formation um das Bohrloch herum, durch welchen sich die Spalte erstreckt, und des konsolidierten Proppantes innerhalb derselben Spalte schränkt die Migration von Sand zusammen mit aus der Formation produzierten Flüssigkeiten ein. Auf diese Weise kann die Notwendigkeit, kostspielige Kiesmateriale, Sandsiebe, und ähnliches zu installieren, eliminiert werden.
Die weiter oben beschriebenen Einschnitte können aus Löchern, Schlitzen, oder ähnlichem bestehen, welche sich von dem Bohrloch aus in die konsolidierten Abschnitte der Formation hinein erstrecken. Die Kombination der Konsolidierung des Abschnitts der inkompetenten Formation, durch welche die Spalte geformt wird, und den darin geformten Einschnitten erzeugen eine einzige, zweiflügelige Spalte anstelle von mehreren, engen und kurzen Spalten, welche ansonsten entstehen würden. Es können eine Reihe von Techniken angewendet werden, um die vorgenannten Einschnitte zu formen, welche dem Fachmann auf diesem Bereich sehr wohl bekannt sind. Bevorzugt werden solche Techniken, welche das Formen von sich gegenüber liegenden Löchern einschliessen, die sich von dem offenen Bohrloch hinweg und in den konsolidierten Abschnitt der Formation hinein erstrecken und mit Hilfe einer gewöhnlichen Perforierungsgun erzeugt werden, oder das Formen von sich gegenüber liegenden Schlitzen innerhalb der konsolidierten Formation, welche mit Hilfe eines Schneidewerkzeugs wie zum Beispiel einem Flüssigkeitseinspritzschneidewerkzeugs geformt werden.
Die aushärtbaren Harzzusammensetzungen, welche gemäß der vorliegenden Erfindung für das Konsolidieren eines Abschnitts der Formation nützlich sind, sowohl wie der Proppant, welcher in der geformten zweiflügeligen Spalte positioniert wird, umfassen im allgemeinen ein aushärtbares organisches Harz und einen Harz-mit-Sand-Haftvermittler. Solche Harzzusammensetzungen sowohl wie die Anwendung derselben für das Konsolidieren von Abschnitten von nicht konsolidierten Formationen und das Aushärten von Spaltenproppantmaterial zu einer harten, durchlässigen Masse sind dem Fachmann auf diesem Bereich sehr wohl bekannt. Eine Reihe solcher Zusammensetzungen werden in US-Anmeldung 4,042,032 von Anderson u. a. vom 16. August 1977, US-Anmeldung 4,070,865 von McLaughlin vom 11. Januar 1978, US-Anmeldung 5,058,676 von Fitzpatrick u. a. vom 22. Oktober 1991, und US-Anmeldung 5,128,390 von Murphey u. a. vom 7. Juli 1992 eingehender beschrieben. Das hier angewendete aushärtbare organische Harz besteht vorzugsweise aus einer Flüssigkeit, welche bei 80°F (26.67°C) mit Hilfe von Erwärmung oder durch Kontakt mit einem Aushärtungsmittel ausgehärtet wird. Beispiele solcher aushärtbaren organischen Harze, welche sich besonders für die Anwendung gemäß der Methode der vorliegenden Erfindung eignen, sind Novolakharze, Polyepocidharze, Polyesterharze, Phenolaldehydharze, Carbamidaldehydharze, Furanharze, und Urethanharze. Diese Harze sind mit verschiedenen Viskositäten erhältlich, welche von dem jeweiligen molekularen Gewicht des Harzes abhängen.
Die bevorzugte Viskosität des gemäß der vorliegenden Erfindung angewendeten Harzes liegt innerhalb eines Bereichs von ungefähr 1 (0.001 Pa-s) bis ungefähr 1,000 Centipoise (1 Pa-s) bei 80°F (26.67°C). Es sollte dabei jedoch berücksichtigt werden, dass Harze mit höheren Viskositäten angewendet werden können, wenn dieselben mit einem oder mehreren Verdünnungsmitteln gemischt oder verschnitten werden. Beispiele solcher geeigneter Verdünnungsmittel für Polyepoxidharze sind Styrenoxid, Octylenoxid, Furfurylalkohol, Phenol, Furfural, flüssige Monoepoxide wie zum Beispiel Allylglycidylether, und flüssige Diepoxide wie zum Beispiel Diglycodylether oder Resorcinol. Beispiele solcher Verdünnungsmittel für Furfurylalkoholharze, Phenolaldehydharze, und Carbamidaldehydharze schliessen Furfurylalkohol, Furfural, Phenol und Cresol ein, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Verdünnungsmittel, welche im allgemeinen für alle der hier aufgeführten verschiedenen Harze nützlich sind, schliessen Phenol, Formaldehyd, Furfurylalkohol, und Furfural ein.
Der Harz-mit-Sand-Haftvermittler wird in aushärtbaren Harzzusammensetzungen angewendet, um das Verkuppeln oder die Haftfähigkeit an Sand oder anderen silikosen Materialen der zu behandelnden Formation zu fördern. Ein besonders geeigneter dieser Haftvermittler besteht aus einem Aminosilanverbund oder einer Mischung von Aminosilanverbunden, welche aus einer Gruppe ausgewählt werden, welche N-β-(Aminoethyl)-γ-Aminopropyltrinethoxysilane, N-β-(Aminoethyl)-N-β-(Aminoethyl)-γ-Aminopropyltrimethoxysilane, N-β-(Aminopropyl)-N-β-(Aminobutyl)-γ-Aminopropyltriethoxysilane und N-β-(Aminopropyl)-γ-Aminopropyltriethoxysilane beeinhaltet. Der am häufigsten bevorzugte Haftvermittler besteht aus N-β-(Aminoethyl)-γ-Aminopropyltrimethoxysilan.
Wie schon erwähnt wird die angewendete aushärtbare Harzzusammensetzung durch das Erhitzen derselben innerhalb der Formation oder durch den Kontakt derselben mit einem Aushärtungsmittel ausgehärtet. Wenn ein solches Aushärtungsmittel angewendet wird, kann es in die Harzzusammensetzung mit eingeschlossen werden (interne Aushärtungsmittel), oder die Harzzusammensetzung kann mit dem Aushärtungsmittel kontaktiert werden, nachdem dieselbe Harzzusammensetzung in der Untergrundformation positioniert wurde, um auf diese Weise konsolidiert zu werden (externe Aushärtungsmittel). Ein internes Aushärtungsmittel wird für solche Anwendungen gewählt, bei welchen die Harzzusammensetzung nach einer Zeitspanne aushärten soll, welche für das Positionieren der Harzzusammensetzung in einer Untergrundzone oder -formation ausreicht. Staustoffe oder Beschleunigungsstoffe für das Verlängern oder Verkürzen der Aushärtungszeit können auch angewendet werden. Wenn ein externes Aushärtungsmittel angewendet wird, wird die aushärtbare Harzzusammensetzung zunächst in einer Zone oder einer Formation positioniert, welche konsolidiert werden soll, wonach eine Überspüllösung eingeführt wird, welche das externe Aushärtungsmittel beinhaltet.
Geeignete interne Aushärtungsmittel für das Aushärten von Harzzusammensetzungen, welche Polyepoxidharz beinhalten, umfassen weiter Amine, Polyamine, Amide und Polyamide, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Ein weitaus bevorzugteres internes Aushärtungsmittel für Polyepoxidharze besteht aus einer flüssigen eutektischen Mischung von Aminen und Methylendianilin, welches mit Methylalkohol verdünnt wird. Beispiele interner Aushärtungsmittel, welche mit Harzzusammensetzungen angewendet werden können, welche Furanharze, Phenolaldehydharze, Carbamidaldehydharze, und ähnliche beinhalten, schliessen Hexachloroaceton, 1,1,3-Trichlorotrofluoroaceton, Benzotrochlorid, Benzylchlorid, und Benzalchlorid ein.
Beispiele externer Aushärtungsmittel für das Konsolidieren von Furanharzen, Phenolaldehylharzen, und Carbamidaldehylharzen schliessen Acylhalogenidverbunde, Benzotrichlorid, Essigsäure, Ameisensäure, und inorganische Säuren wie zum Beispiel Salzsäure ein. Im allgemeinen werden externe Aushärtungsmittel aus einer Gruppe bevorzugt, welche inorganische Säuren, organische Säuren, und säureproduzierende Chemikalien beinhaltet. Die aushärtbaren Harzzusammensetzungen können weiter oberflächenaktive Mittel, Dispersionsmittel und andere Zuschlagstoffe beinhalten, welche dem Fachmann auf diesem Bereich sehr wohl bekannt sind.
Das Erzeugen von Spalten in einer Untergrundformation mit Hilfe eines hydraulischen Spaltverfahrens ist dem Fachmann auf diesem Bereich auch sehr wohl bekannt. Ein solcher hydraulischer Spaltprozess beinhaltet normalerweise das Einpumpen einer viskosen Spaltflüssigkeit, welche einen suspendierten Partikelproppant beinhaltet, mit Hilfe einer bestimmten Rate und einem Druck in die Formation, wobei Spalten in derselben erzeugt werden. Das ununterbrochene Einpumpen der Spaltflüssigkeit erweitert die Spalten innerhalb der Formation und befördert Proppant in die Spalten hinein. Wenn sich der Durchfluß der Spaltflüssigkeit und der Druck, welcher auf die Formation ausgeübt wird, reduziert, wird der Proppant in die Spalten positioniert und dieselben Spalten werden aufgrund der Gegenwart des Proppantes in denselben daran gehindert, sich wieder zu schliessen.
Typische Spaltflüssigkeiten, welche für diesen Zweek angewendet werden, schliessen gellierte, wasser- oder ölbasierte Flüssigkeiten, Schaum und Emulsionen ein. Die hier angewendeten Schaummateriale umfassen im allgemeinen wasserbasierte Flüssigkeiten, welche ein oder mehrere Schaumbildungsmittel beinhalten, welche mit Hilfe eines Gases wie zum Beispiel Stickstoff geformt werden. Emulsionen, welche mit Hilfe von zwei oder mehreren nicht mischbaren Flüssigkeiten geformt werden, können auch angewendet werden. Eine besonders nützliche Emulsion für das Durchführen von Formationsspaltverfahren besteht aus einer wasserbasierten Flüssigkeit und einer verflüssigten, normalerweise gasförmigen Flüssigkeit wie zum Beispiel Kohlendioxid. Wenn der Druck entfernt wird, wird diese verflüssigte gasförmige Flüssigkeit verdampfen und schnell aus der Formation austreten.
Die zurzeit am häufigsten angewendete Spaltflüssigkeit besteht aus einer wässerigen Flüssigkeit wie zum Beispiel frischem Wasser oder Salzwasser, welche mit einem Gelliermittel kombiniert wird, um auf diese Weise die Viskosität derselben Flüssigkeit zu steigern. Diese gesteigerte Viskosität reduziert den Flüssigkeitsverlust und ermöglicht es der Spaltflüssigkeit, beachtliche Konzentrationen von Proppant in die erzeugten Spalten hinein zu transportieren.
Es wird zurzeit weiter eine unterschiedliche Reihe von Gelliermitteln angewendet, welche hydrierbare Polymer einschliessen, welche eine oder mehrere Funktionsgruppen, wie zum Beispiel Hydroxyl, Cis-Hydroxyl, Carboxyl, Sulfat, Sulfonat, Amino oder Amid beinhalten. Besonders nützliche Polymer dieser Art bestehen aus Polysaccharid und Derivativstoffe desselben, welche eine oder mehrere der Monosaccharide Galaktose, Mannose, Glucosid, Glucose, Xylose, Arabonise, Fructose, Glucuronsäure oder Pyranosylsulfat beinhalten. Natürliche, hydrierbare Polymer, welche die oben aufgeführten Funktionsgruppen und Einheiten beinhalten, schliessen Guar-Gummi und Deri ativstoffe desselben ein; sowohl wie Robinien- Gummi, Tara, Konjak, Tamarind, Stärke, Zellulose, und Derivativstoffe derselben, Karaya, Xanthan, Tragacenth und Carrageen ein. Hydierbare synthetische Polymer und Copolymer, welche die oben aufgeführten Funktionsgruppen beinhalten, und welche deshalb zurzeit angewendet werden, schliessen Polyacrylat, Polymethacylat, Polyacrylamid, Maleinanhyrdid, Methylvinyletherpolymer, Polyvinylalkohol und Polyvinylpyrrolidon ein.
Bevorzugte hydrierbare Polymer, welche nach ihrer Hydrierung hohe Viskositäten ergeben, d. h. scheinbare Viskositäten innerhalb eines Bereiches von ungefähr 10 Centipoise (0.01 Pa-s) bis ungefähr 90 Centipoise (0.09 Pa-s) bei Konzentrationen innerhalb eines Bereiches von ungefähr 10 Pfund (4.54 kg) pro 1,000 Gallonen (3,785.4 Liter) bis ungefähr 80 Pfund (36.29 kg) pro 1,000 Gallonen (3,785.4 Liter) in Wasser, sind Guar-Gummi und Guar-Derivativstoffe wie zum Beispiel Hydroxypropylguar und Carboxymethylguar, Zellulosederivativstoffe wie zum Beispiel Hydroxyethylzellulose, Carboxymethylzellulose und Carboxymethylhydroxyethylzellulose, Robinien-Gummi, Carrageen-Gummi, und Xanthangummi.
Die Viskositäten der wässerigen Polymerlösungen der hier beschriebenen Typen kann durch das Kombinieren von vernetzten Mitteln mit den Polymerlösungen gesteigert werden. Beispiele solcher Vernetzungsmittel, welche angewendet werden können, sind multivalente Metallsalze oder -verbunde, welche dazu fähig sind, die Metallione in einer wässerigen Lösung freizusetzen. Beispiele solcher multivalenter Metallione sind Chrom, Zirkon, Antimonat, Titan, Eisen (ferros oder ferid), Zink oder Aluminium.
Die weiter oben beschriebenen gellierten, oder gellierten und vernetzten Spaltflüssigkeiten können ausserdem Gelbrecher wie zum Beispiel diejenigen des Enzymtyps, des Oxidiertyps, oder des Säurepuffertyps beinhalten, welche dem Fachmann auf diesem Bereich alle sehr wohl bekannt sind. Diese Gelbrecher verwandeln die viskose Spaltflüssigkeit zurück in eine dünne Flüssigkeit, welche zurück an die Erdoberfläche hinauf transportiert werden kann, nachdem sie zur Erzeugung von Spalten und zum Transport von Proppant in eine Untergrundformation hinein angewendet worden ist.
Partikelproppantmaterial wird dabei in den jeweiligen viskosen Spaltflüssigkeiten suspendiert, sodass dieselben mit Hilfe der Spaltflüssigkeit in die erzeugten Spalten hinein transportiert und dort positioniert werden kann, wenn die Fließrate der Spaltflüssigkeit und der auf die gespaltene Untergrundformation ausgeübte Druck reduziert werden. Der Proppant verhindert dabei das Schliessen der Spalten aufgrund eines übergrossen Drucks, d. h. er hält die Spalten geöffnet, wobei produzierte Flüssigkeiten durch dieselben Spalten hindurch fliessen kann. Der Proppant ist dabei weiter von einer solchen Größe, dass Formationssand, welcher zusammen mit produzierten Flüssigkeiten migriert, daran gehindert wird, durch die Fließkanäle hindurch zu fliessen, welche von den Spalten geformt werden, d. h. der Proppant filtert den vorgenannten migrierten Sand heraus. Es können dabei gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedene Arten von Partikeln als Proppant angewendet werden, welche Sand, Bauxit, Keramikmateriale, Glasmateriale, und "TEFLON"-Materiale einschliessen. Die angewendeten Partikel können dabei über eine Partikelgrösse innerhalb eines Siebweitenbereichs von ungefähr 2 bis ungefähr 400 US-Standard-Siebweite verfügen. Das bevorzugte Partikelmaterial ist Sand mit einer Partikelgröße von ungefähr 10 bis ungefähr 70 US-Standard-Siebweite. Bevorzugte Sandpartikelgrößenverteilungsbereiche sind 1 oder mehr von 10–20, 20-40, 40–60, oder 50–70, was jedoch von der Partikelgröße und der Verteilung des Formationssandes abhängen wird, welcher von dem Proppant herausgefiltert werden soll.
Die Proppantgröße und -verteilung wird sorgfältig gemäß der Größe und der Verteilung des Formationssandes ausgewählt, und der Proppant wird dann mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung des weiter oben schon eingehender beschriebenen Typs beschichtet. Der harzbeschichtete Proppant kann gemäß herkömmlicher Batch-Mischtechniken vorbereitet werden, wonach der harzbeschichtete Proppant dann in der anzuwendenden Spaltflüssigkeit suspendiert wird. Andererseits kann der mit dem Harz beschichtete Proppant im Wesentlichen auch fortlaufend gemäß der Methoden vorbereitet werden, welche in US-Anmeldung 4,829,100 von Murphey u. a. vom 9. Mai 1989 geoffenbart werden, oder gemäß US-Anmeldung 5,128,390 von Murphey u. a. vom 7. Juli 1992.
Eine bevorzugte Methode der vorliegenden Erfindung für das Stimulieren der Flüssigkeitsproduktion aus einer nicht konsolidierten Formation, welche von einem Bohrloch penetriert wird, sowohl wie das gleichzeitige Verhindern der Migration von Formationssand zusammen mit Flüssigkeiten, welche aus derselben Formation produziert werden, besteht aus den folgenden Stufen. Eine aushärtbare Harzzusammensetzung wird in einen Abschnitt der Formation injiziert, welcher neben dem Bohrloch liegt und dasselbe umgibt, und die vorgenannte Harzzusammensetzung wird ausgehärtet, wobei derselbe Abschnitt der Formation zu einer harten, durchlässigen Masse konsolidiert wird. Ein Paar von sich gegenüber liegenden Einschnitten sind in dem Bohrloch geformt, welche sich in den konsolidierten Abschnitt der Fomation hinein erstrecken, um auf diese Weise eine zweiflügelige Spalte zu erzeugen. Diese zweiflügelige Spalte wird als nächstes innerhalb der Formation erzeugt und erstreckt sich von dem Bohrloch hinweg durch den konsolidierten Abschnitt der Formation hindurch und in nicht konsolidierte Abschnitte desselben hinein. Ein mit einer aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichteter Proppant wird dann in die Spalten positioniert, und die Harzzusammensetzung wird ausgehärtet, wobei der Proppant zu einer harten, durchlässigen Masse konsolidiert wird, welche die Migration von Formationssand zusammen mit den durch die vorgenannte Spalte produzierten Flüssigkeiten in das vorgenannte Bohrloch hinein herausfiltert und einschränkt.
Wenn die nicht konsolidierte produzierende Formation oder Zone über eine Höhe von ungefähr 100 Fuß (30.48 m) oder weniger verfügt, müssen mindestens 5 bis 10 Fuß (1.52 bis 3.05 m) derselben Formation konsolidiert, gespalten, und mit konsolidiertem Proppant ausgepackt werden. Im allgemeinen wird das Verhältnis der Gesamthöhe der produzierenden Formation oder Zone zu der Höhe des konsolidierten und gespaltenen Abschnitts der Formation oder Zone ungefähr 10 betragen. Wenn die Höhe der produzierenden Zone größer ist als ungefähr 100 Fuß (30.48 m) können mehrere gespaltene Konsolidierungen angewendet werden.
Der konsolidierte Abschnitt der produzierenden Formation oder Zone, welche das Bohrloch umgibt, und welche gemäß der vorliegenden Erfindung geformt wurde, ist allgemein ringförmig und verfügt über eine vertikale Mindestdicke von ungefähr 5 Fuß (1.52 m) und einen Durchmesser innerhalb eines Bereiches von ungefähr 1 Fuß (0.30 m) bis ungefähr 8 Fuß (2.44 m). Wie schon erwähnt, erstreckt sich die geformte zweiflügelige Spalte in sich gegenüber liegenden Richtungen des Bohrlochs durch den ringförmigen konsolidierten Abschnitt hindurch und nach aussen in die nicht konsolidierte Formation hinein, bis sie einen Optimalabstand erreicht, welcher, auf die Gesamtgröße der produzierenden Formation oder Zone und andere Tatsachen basiert wird.

Claims

Eine Methode für das Stimulieren der Flüssigkeitsproduktion aus einer nicht konsolidierten Formation, welche von einem Bohrloch penetriert wird, und welche die Migration von Formationssand zusammen mit den aus der Formation produzierten Flüssigkeiten einschränkt, wobei dieselbe Methode die folgenden Stufen umfasst: (a) das Injizieren einer aushärtbaren Harzzusammensetzung in einen Abschnitt der vorgenannten Formation hinein, welcher das vorgenannte Bohrloch umgibt, und das Aushärten der vorgenannten Harzzusammensetzung, wobei der vorgenannte Abschnitt der vorgenannten Formation zu einer harten, durchlässigen Masse konsolidiert wird; (b) das Formen von wenigstens einem Einschnitt in das vorgenannte Bohrloch, wobei derselbe Einschnitt sich in den vorgenannten konsolidierten Abschnitt der vorgenannten Formation hinein erstreckt, um auf diese Weise die Herstellung einer Spalte zu ermöglichen; und (c) das Erzeugen einer Spalte innerhalb der vorgenannten Formation, welche sich von dem vorgenannten Bohrloch durch den vorgenannten konsolidierten Abschnitt der vorgenannten Formation bis in einen nicht konsolidierten Abschnitt der vorgenannten Formation hinein erstreckt; dadurch gekennzeichnet, dass ein aushärtbarer, mit der Harzzusammensetzung beschichteter Proppant in der vorgenannten Spalte positioniert wird, und dass die vorgenannte Harzzusammensetzung ausgehärtet wird, wobei der vorgenannte Proppant zu einer harten, durchlässigen Masse konsolidiert wird, welche die Migration von Formationssand zusammen mit produzierten Flüssigkeiten, welche durch die vorgenannte Spalte hindurch in das vorgenannte Bohrloch hinein produziert wird, herausfiltert und einschränkt.
Eine Methode nach Anspruch 1, bei welcher der vorgenannte Einschnitt, welcher in dem vorgenannten Bohrloch geformt wird, ein Loch umfasst, welches mit Hilfe einer Perforierungsgun geformt wird.
Eine Methode nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der vorgenannte Einschnitt, welcher in dem vorgenannten Bohrloch geformt wird, einen Schlitz umfasst, welcher mit Hilfe eines Flüssigkeitseinspritzwerkzeugs geformt wird.
Eine Methode nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welcher der vorgenannte aushärtbare Harz ein organisches Harz beinhaltet, welches aus Novolakharzen, Polyepoxidharzen, Polyesterharzen, Phenolaldehydharzen, Carnamidaldehydharzen, Furanharzen, und Urethanharzen gewählt wird.
Eine Methode nach Anspruch 4, bei welcher die vorgenannte aushärtbare Harzzusammenssetzung durch das Aufheizen derselben innerhalb der vorgenannten Formation ausgehärtet wird.
Eine Methode nach- Anspruch 4, bei welcher die vorgenannte aushärtbare Harzzusammensetzung weiter ein internes Aushärtungsmittel umfasst, welches das Aushärten des vorgenannten Harzes nach der Injizierung oder Positionierung desselben in der vorgenannten Formation verursacht.
Eine Methode nach Anspruch 6, bei welcher die vorgenannte aushärtbare Harzzusammensetzung aus einem Polyepoxidharz besteht, und bei welcher das vorgenannte interne Aushärtungsmittel aus einer flüssigen eutektischen Mischung von Aminen und Methylendianilin besteht und mit Methylalkohol verdünnt wird.
Eine Methode nach Anspruch 4, welche weiter die Stufe des Kontaktierens der vorgenannten aushärtbaren Harzzusammensetzung mit einem externen Aushärtungsmittel umfasst, nachdem die vorgenannte aushärtbare Harzzusammensetzung in die vorgenannte Formation hinein injiziert oder positioniert wurde, wodurch die vorgenannte Harzzusammensetzung ausgehärtet wird.
Eine Methode nach Anspruch 8, bei welcher die vorgenannte aushärtbare Harzzusammensetzung aus einem Furanharz besteht, und bei welcher das vorgenannte externe Aushärtungsmittel aus einer Salzsäure besteht.
Eine Methode für das Stimulieren der Flüssigkeitsproduktion aus einer nicht konsolidierten Formation, welche von einem Bohrloch penetriert wird, und welche die Migration von Formationssand zusammen mit Flüssigkeiten, welche aus der Formation produziert werden, einschränkt, wobei dieselbe Methode die folgenden Stufen umfasst: (a) das Injizieren einer aushärtbaren Harzzusammensetzung in einen Abschnitt der vorgenannten Formation, welche das vorgenannte Bohrloch umgibt, und das Aushärten der vorgenannten Harzzusammensetzung, wobei der vorgenannte Abschnitt der vorgenannten Formation zu einer harten, durchlässigen Masse konsolidiert wird. (b) das Formen eines Paares von sich gegenüber liegenden Einschnitten in dem vorgenannten Bohrloch, welche sich in den vorgenannten konsolidierten Abschnitt der vorgenannten Formation hinein erstrecken und auf diese Weise eine zweiflügelige Spalte erzeugen; und (c) das Erzeugen einer zweiflügeligen Spalte in der vorgenannten Formation, welche sich von dem vorgenannten Bohrloch aus durch den vorgenannten konsolidierten Abschnitt der vorgenannten Formation und bis in einen nicht konsolidierten Abschnitt der vorgenannten Formation hinein erstreckt; dadurch gekennzeichnet, dass der mit der aushärtbaren Harzzusammensetzung beschichtete Proppant in der vorgenannten Spalte positioniert wird, und dass die vorgenannte Harzzusammensetzung dort ausgehärtet wird, wobei der vorgenannte Proppant zu einer harten, durchlässigen Masse konsolidiert wird, welche die Migration von Formationssand zusammen mit Flüssigkeiten, welche durch die vorgenannte Spalte in das Bohrloch hinein produziert wird, herausfiltert und einschränkt.