DE69828961T2

DE69828961T2 - Methoden und materialien zum xanthanabbau

Info

Publication number: DE69828961T2
Application number: DE69828961T
Authority: DE
Inventors: M. Robert TJON-JOE-PIN; Alana Michelle CARR; Bing Yang
Original assignee: BJ Services Co USA
Current assignee: BJ Services Co USA
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1998-03-06
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2018-03-07
Also published as: DK0975708T3; NO328817B1; CA2283157A1; US6110875A; WO1998039397A1; EP0975708A4; EP0975708A1; DE69828961D1; DE975708T1; NO994319D0; CA2283157C; NO994319L; AU6688898A; EP0975708B1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein den Abbau von Xanthan-Molekülen und genauer den Abbau von Xanthan-Molekülen bei mittleren bis hohen Temperaturen. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Bohrlöchern, unterirdischen Formationen und anderen Anwendungen, indem eine mikrobielle Xanthanase verwendet wird, welche bei hohen Temperaturen und/oder unter Bedingungen, welche lochabwärts herrschen, aktiv ist. Diese Erfindung betrifft auch ein Bodenbakterium, welches in der Lage ist, die mikrobielle Xanthanase herzustellen.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Polysaccharide repräsentieren eine übliche Art von Polymeren, welche bei Bohr-, Fertigstellungs- und Sanierungsarbeiten verwendet werden. Unter anderem können Polysaccharide als Teil von Gelen für hydraulische-Frakturierungs-Verfahren, um Bohrflüssigkeiten zu verdicken, um Flüssigkeitsverlust zu kontrollieren und als ein Teil von Kiestamponage- und Frac-Abdichtungsflüssigkeiten verwendet werden. Polysaccharide können auch in Sand-Kontrollflüssigkeiten, Blockungsgelen und Fertigstellungsflüssigkeiten verwendet werden. Filterkuchen, Filtrateindringen und andere ähnliche Arten von Formationsschäden sind Phänomene, welche häufig während verschiedener Verfahren, welche innerhalb eines Bohrlochs unter Verwendung von Polysaccharid-Polymeren durchgeführt werden, auftreten, einschließlich aber nicht beschränkt auf Bohr-, Fertigstellungs-, Wartungs- und Stimulationsarbeiten.
Zum Beispiel werden während Bohrarbeiten Polysaccharid-basierte Flüssigkeiten, welche hohe Konzentrationen an Tonen, wie Bentonit, enthalten, verwendet, welche üblicherweise zum Schmieren und zum Transportieren von Verschnitt verwendet werden. Diese Flüssigkeiten sind dafür bekannt, dass sie in Folge von Ausfließen und Bohrschlammkuchen- oder Filterkuchen-Ablagerung an der Oberfläche der Produktionszone die Permeabilität des nahen Bohrlochbereiches schädigen. Ein Filterkuchen ist üblicherweise ein dichter und nahezu wasserunlöslicher Rückstand, welcher unter anderem dazu dienen kann, die Permeabilität einer unterirdischen Formation zu verringern. Filterkuchen können gebildet werden, wenn Gel-Flüssigkeiten durch Gesteinsporenräume in eine Formationsmatrix fließen. In diesem Fall wirken die Poren einer Formation als Filter, welche es Flüssigkeit erlauben, in die Matrix zu fließen, während sie das Gel herausfiltern. Dies führt dazu, dass sich eine Schicht gefilterten Gels an der Oberfläche der Matrix die Formation verstopfend absetzt. In anderen Fällen kann unvollständiger Gel-Abbau auch zur Bildung eines Polysacharid-Filterkuchens führen. Ein Filterkuchen kann Ausfällungen enthalten, wie Silikate aus Bohrschlämmen oder Rückstände, welche aus Polymer enthaltenden gelierbaren Flüssigkeiten stammen. Ein Filterkuchen behindert üblicherweise die Produktion einer unterirdischen Formation, indem er die Poren der Gesteinsmatrix füllt und dadurch den Fluss von Flüssigkeiten aus der Matrix verhindert. Filterkuchen können auch dazu dienen, den Fluss in Hydraulik-Frakturierungs-Stütz-Betten und anderen Flusskanälen zu begrenzen.
Zusätzlich zu dem durch die Filterkuchenbildung verursachten Formationsschaden können Bohrlochbehandlungen und Bohrarbeiten unter Verwendung von Polysacchariden zur Ablagerung von relativ viskosen Flüssigkeiten und Rückständen innerhalb einer produktiven Zone führen, welche schädigende Bedingungen ähnlich denen, welche durch Filterkuchen hervorgerufen werden, verursachen. Demnach kann Formationsschaden mit Filterkuchen, Filtrat, Rückständen und anderen verwandten Materialien, welche in eine produktive Zone eindringen, in Zusammenhang stehen. Als eine Folge ist es häufig notwendig, Stimulationsbehandlungen vorzunehmen, um den Bohrflüssigkeitsschaden in solchen Abschnitten zu beheben.
Beim Bohren von Bohrlöchern in horizontalen oder hoch abweichenden Anordnungen sowie von multilateralen Fertigstellungen werden Bohrlöcher gebohrt, um einen kohlenwasserstoffhaltigeren Bereich einer Bodenlagerstätte innerhalb eines einzelnen Bohrlochs zu kontaktieren, um die Produktivität zu maximieren. Mit „abweichend" ist gemeint, dass mindestens ein Teil eines Bohrlochs einen Winkel zwischen etwa 0° und etwa 90° zur Vertikalen hat, und mit „hoch abweichend" ist gemeint, dass mindestens ein Teil eines Bohrlochs einen Winkel zwischen etwa 45° und etwa 90° in Bezug auf die Vertikale hat. Derartige Bohrlöcher durchdringen häufig tausende Fuß an produktiver Zone, im Gegensatz zu den mehreren zehn bis hunderten Fuß, welche in vertikalen Bohrloch-Anordnungen kontaktiert werden. Folglich verschlimmert sich der durch Polysaccharid-Filterkuchen, Rückstände und/oder Filtrate verursachte Produktivitätsschaden über lange Produktions-Zeiträume innerhalb dieser Arten von Bohrlochanordnungen.
Unzureichender Abbau von Polysaccharid-induziertem Schaden kann die Durchflussmenge an der Bohrlochwand signifikant verringern. Eine derart verringerte Durchflussmenge kann zu signifikanter Verringerung der Produktivität oder Einspritzbarkeit von vertikalen und horizontalen Bohrlöchern führen. Insbesondere in horizontalen oder in hoch abweichenden Bohrlöchern, ist es wichtig, dass der durch Ausfließen von Bohrflüssigkeit und Ablagerung von Filterkuchen entstandene Formationsschaden gemildert oder beseitigt wird, um das gesamte Potential dieser Arten von Fertigstellungen zu nutzen. Darüber hinaus ist das Erhalten einer zonalen Isolierung mit Zement in Anwesenheit eines Filterkuchens und/oder Rückstands häufig schwierig, da diese Schichten die Bildung eines Drucksiegels zwischen einem Bohrloch und einer Produktionsröhre behindern. Dies kann auftreten, wenn die Anwesenheit von Filterkuchen oder Rückständen zwischen einer Bohrlochwand und einer Röhre die Zirkulation oder Platzierung von Zement in dem ringförmigen Bereich zwischen dem Bohrloch und der Ummantelung oder zwischen zwei Röhren blockiert, dabei Taschen von Filterkuchen, Rückstand oder anderen nicht-Zement-Materialien erschafft, welche zu Flüssigkeitsaustausch in dem ringförmigen Bereich zwischen der Röhre und der Bohrlochwand oder zwischen den zwei Röhren, welche der Zement isolieren soll, führen kann. In einem ausgebauten Bohrloch kann dies zu einem Verlust an hydraulischer Intaktheit in Folge von Flüssigkeitsbewegung durch einen Filterkuchen, eine Rückstandsschicht oder eine andere Tasche unterhalb der Zementumhüllung eines ausgebauten Bohrlochs führen.
Ein üblicher Ansatz zum Minimieren von Formationsschaden durch Filterkuchen, Filtrate und Rückstände ist es gewesen, saure oder starke oxidative Brecher-Systeme anzuwenden, um Filterkuchen-Feststoffe und Polymere zu lösen. Eine übliche Bohrloch-Behandlung, um solchen Schaden zu entfernen, besteht aus Salzsäurelösungen, Lösungen von Lithium- oder Natriumhypochlorit, oder hochkonzentrierten Lösungen konventioneller Oxidationsmittel wie Ammoniumpersulfat oder -perborat. Obwohl Spülungen mit Säuren und oxidativen Lösungen unter Laborbedingungen, bei denen Kontakt von Filterkuchenschaden mit einer reaktiven Lösung leicht erreicht wird, ziemlich gut zu funktionieren scheinen, könnte die Anwendung dieser Lösungen zum Entfernen des Schadens in Horizontal-Abschnittenen nicht wirksam sein. Zum Beispiel hat die Felderfahrung gezeigt, dass sich Säuren und oxidative Lösungen, welche verwendet werden, um Schäden durch Bohrschlamm-Filterkuchen zu entfernen, bezogen auf die Bohrlochleistung als relativ unwirksam erwiesen haben. Das Problem ist besonders deutlich, wenn derartige Behandlungen in Abschnitten ausgedehnter Länge mit freier Öffnung durchgeführt werden. Eine Begründung, welche vorgeschlagen wurde, um das Problem zu erklären, ist die Schwierigkeit, die Filterkuchen-Materialien mit diesen reaktiven Lösungen in Kontakt zu bringen. Zum Beispiel haben Studien gezeigt, dass polymerbeschichtete Carbonatteilchen, welche zum Beschweren und zur Flussverlustkontrolle verwendet werden, einem Säureangriff gegenüber resistent sein können und die vollständige Entfernung eines Filterkuchens verhindern können. Siehe Burnett, D. B. „Using a Physical Wellbore Model to Study Formation Damage Problems in Well Completions." Artikel SPE 27393 präsentiert auf dem 1994 International Symposium on Formation Damage Control, Lafayette, Feb. 9 – 10.
Zusätzliche Bedenken in Bezug auf die Verwendung von sauren oder oxidativen Reinigungsbehandlungen schließen die Reaktivität mit Rohren ein, welche folgen kann, sowie erhöhte Eisenkonzentrationen, die in einer Weise in das Reservoir eingespritzt werden, die die Verschlammungsprobleme fördern kann.
Ein übliches in Bohrlochflüssigkeiten verwendetes Polysaccharid ist Xanthan. Xanthan enthaltende Flüssigkeiten sind dafür bekannt, dass sie der Permeabilität des nahen Bohrlochbereiches in Folge von Ausfließen und dem Aufbau von Bohrschlamm- oder Polymer-Filterkuchen an den Formationsflächen in derselben Weise schaden, wie andere Polysaccharide, wie Cellulosen und Stärken. Xanthan ist ein Biopolymer, welches durch eine bakterielle Fermentation hergestellt werden kann. Es ist ein Heteropolysaccharid, dessen Struktur aus einer linearen Kette von D-Glukose-Einheiten besteht, welche durch 1,4-β-glukosidische Bindungen aneinander gebunden sind, mit Trisaccharid-Substituenten, welche durch β-1,3-glucosidische oder mannosidische Bindungen an das Glukose-Rückgrat angehängt sind. Xanthan kann in einer Vielzahl von industriellen Anwendungen verwendet werden, zum Beispiel beschrieben durch Jeanes, „Applications of Extracellular Microbial Polysaccharide-Polyelectrolytes: Review of Literature, Including Patents," J. Polym. Sci., Symp. No. 45, S. 216 – 221, 1974; und zum Beispiel in US-Patent Nr. 4,119,546. Übliche Bohrlochanwendungen schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf, die oben genannten, am üblichsten als Salzlösungsverdicker in Bohrschlamm- und Überarbeitungsflüssigkeiten, als ein Viskositätsmittel bei Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren und beim Zementieren, als ein Gel-Blockungsmittel beim Kiestamponieren und bei Frac-Abdichtungsarbeiten, bei sekundären und tertiären Gewinnungsarbeiten und in Nicht-Öl-Anwendungen, wie als Klärmittel zur Verwendung in Raffinerieverfahren. Wie zuvor beschrieben, sind konventionelle Säure- und Oxidationsmittelbehandlungen zur Verringerung von polymerem Schaden in Folge der Resistenz von Xanthan gegenüber Oxidationsmitteln und Säuren üblicherweise wirkungslos, um Xanthan- Schaden zu entfernen oder zu verringern. Obwohl Bohrlochbehandlungen unter Verwendung von Xanthan-spezifischen Enzymen zur Behandlung von Xanthan-Polymer-Schaden vorgeschlagen worden sind, verwenden diese Behandlungen Enzyme, welche bei Temperaturen von mehr als etwa 65 °C (150 °F) üblicherweise nicht wirksam sind. Da viele Bohrlöcher lochabwärts Temperaturen aufweisen, welche 65 °C (150 °F) übersteigen, wären die vorgeschlagenen Enzym-Behandlungen zur Entfernung des Xanthan-Schadens in vielen Bohrlöchern, welche dieses Niveau übersteigen, unwirksam.
In einigen Bohrloch-verwandten Anwendungen ist es wünschenswert, die Viskosität von Xanthan enthaltenden Flüssigkeiten zu verringern. Zum Beispiel wird während des Hydraulik-Frakturierungs-Verfahrens eine Sand-beladene Flüssigkeit unter hohem Druck in ein Bohrloch gespritzt. Sobald die natürlichen Reservoirdrücke überschritten werden, verursacht die Flüssigkeit für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren einen Riss in der Formation, welcher im Allgemeinen während des Pumpens weiter wächst. Das Behandlungsdesign erfordert im Allgemeinen, dass die Flüssigkeit eine maximale Viskosität erreicht, wenn sie in den Riss eintritt, was die Riss-Länge und -Weite beeinflusst. Diese Viskosität wird normalerweise durch die Gelierung von geeigneten Polymeren, wie Xanthan, welche in dieser Funktion als Gele für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren bekannt sind, erhalten. Die gelierte Flüssigkeit kann von einem Stützmittel begleitet sein, was zu einer Platzierung des Stützmittels innerhalb des so produzierten Risses führt. Das Stützmittel verbleibt in dem produzierten Riss, um der vollständigen Schließung des Risses vorzubeugen und um einen leitfähigen Kanal zu bilden, welcher sich von dem Bohrloch in die behandelte Formation erstreckt, sobald die Flüssigkeit für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren zurückgewonnen ist. Stützmittel schließen eine große Vielzahl von Material ein und können mit Harzen beschichtet sein. Die Gel-Flüssigkeiten können auch andere konventionelle Additive enthalten, die der Bohrloch-Service-Industrie bekannt sind, wie Tenside und ähnliches.
In einem anderen Beispiel muss die Produktion aus Bohrloch-Arbeiten zeitweise eingestellt werden, um Hilfsprozeduren, genannt Wartungsarbeiten, durchzuführen. Die Verwendung temporärer Blockungs-Gele, auch gebildet durch Gelierung geeigneter Polysaccharide, wie Xanthanen, liefert eine relativ impermeable Barriere über die Produktionsformation. Diese Gele können auch als Ablenkmittel während Stimulationsbehandlungen verwendet werden. In dieser Funktion werden die Gele üblicherweise vor einer Stimulationsflüssigkeit, wie Säure, in eine Formation gepumpt. Die Gele dringen selektiv in die permeableren Bereiche der Formation ein, wo sie eine relativ impermeable Barriere über die permeableren Bereiche der Formation bilden, und so dazu dienen, die Stimulationsflüssigkeit in die weniger permeablen Teile der Formation abzulenken. Nach einer derartigen Behandlung kann die Gel-Barriere intern oder extern gebrochen werden, um die Produktion aus oder das Einspritzen in beide Zonen der Formation zu erlauben. In anderen Fällen können derartige Blockungs-Gele in ähnlicher Weise verwendet werden, um die Produktion oder das Einspritzen von Wasser bei sekundären Gewinnungsarbeiten durch Gel-Behandlungen von Einspritz- und/oder Produktionsbohrlöchern zu blockieren.
In noch einem weiteren Beispiel werden unvernetzte Xanthan enthaltende Polysaccharide verwendet, um Flüssigkeiten zu verdicken und Flüssigkeitsverlust zu kontrollieren. In dieser Funktion können sie mit Stützmitteln, wie z. B. Sand-Kontroll-Flüssigkeiten und Fertigstellungsflüssigkeiten, wie z. B. welchen für Kiestamponierung, verwendet werden. Eine Kiestamponierung kontrolliert die Sandmigration von unverfestigten oder wenig verfestigten Formationen, indem eine Kiestamponage um einen geschlitzten oder perforierten Belag oder Siebbelag, welcher an einer spezifischen Stelle innerhalb eines perforierten Bohrlochs eingeführt ist, platziert wird. Der „Kies" ist üblicherweise Sand oder ein sehr feiner Kies, der den Formationssand vom Eintreten in das Bohrloch ausschließt. Xanthane werden üblicherweise verwendet, um die Flüssigkeiten zu verdicken, damit Kies genau in die Perforationen des Bohrlochs tamponiert wird. Obwohl unverdickte Aufschlämmungen eine ringförmige Öffnung gut tamponieren, verfestigt sich der Sand schnell und hat möglicherweise nicht genügend Zeit in die Perforationen hinein zu fließen und diese vollständig zu tamponieren.
In den obigen Beispielen wird die Viskosität von Xanthan enthaltenden Flüssigkeiten, ob vernetzt oder nicht, meistens am Ende einer Arbeit in gewünschter Weise verringert. Am Ende von z.B. Frakturierungs-Verfahren oder Wartungsarbeiten werden die Gele abgebaut und die Flüssigkeiten zurückgewonnen. Gel-Flüssigkeiten werden zurückgewonnen, indem die Viskosität der Flüssigkeit auf einen niedrigen Wert verringert wird, so dass sie unter dem Einfluss von Formationsflüssigkeiten und Druck von selbst aus der Formation fließt. Diese Viskositätsverringerung oder -umwandlung von Gelen wird als „brechen" bezeichnet und wird häufig durch das Einschließen chemischer als „Brecher" bezeichneter Mittel in das anfängliche Gel bewerkstelligt.
Eine ähnliche Verringerung der Flüssigkeitsviskosität von nicht vernetzten, Xanthan enthaltenden Flüssigkeiten tritt am Ende von Fertigstellungsarbeiten auf. Zum Beispiel wird am Ende des Kiestamponierens die Viskosität verringert, um das Absetzen von Sand zum genauen Tamponieren des Ringraums zu erlauben. Daher bezieht sich „Brechen" in dieser Offenbarung auf die Verringerung der Viskosität von Xanthan enthaltender vernetzter oder nicht vernetzter Flüssigkeit auf einen derart niedrigen Wert, dass sie unter dem Einfluss von Formationsflüssigkeit und Druck aus der Formation fließt.
Zusätzlich zu der Wichtigkeit, einen Brechmechanismus für die Flüssigkeit bereitzustellen, welcher die Zurückgewinnung der Flüssigkeit und die Wiederaufnahme der Produktion vereinfacht, ist die Terminierung des Brechens von großer Wichtigkeit. Gele, die zu früh brechen, können die Produktionszone durch Ausfließen verunreinigender Materialien in die Produktionsformation schädigen. Wenn die Viskosität während des Kiestamponierens zu früh gesenkt wird, setzt sich der Sand ab, bevor er genau innerhalb des Bohrlochs und der Perforationen platziert ist, und trägt so zum Problem von Sand innerhalb des Bohrlochs bei.
Auf der anderen Seite können Flüssigkeiten, welche zu langsam brechen, eine langsame Zurückgewinnung der Flüssigkeit aus der Produktionsformation verursachen. Eine langsame Zurückgewinnung verzögert die Wiederaufnahme der Produktion von Formationsflüssigkeiten und kann ein ungenaues Tamponieren des Ringraums während des Kiestamponierens verursachen. Ein unvollständiger Gel-Abbau verursacht eine Ansammlung von Rückstand, was die Produktion aus der Formation behindert.
Für die Zwecke der vorliegenden Anwendung bedeutet das vorzeitige Brechen, dass die Viskosität vor dem Ende der Arbeit auf ein nicht wünschenswertes Maß abnimmt. Im üblichen Fall ist es wünschenswert, dass die Viskosität den Zeitraum über, welcher benötigt wird, um die Arbeit abzuschließen, im Bereich von etwa 60 % bis etwa 100 % bleibt. Allerdings sind in anderen Fällen niedrigere Viskositäten während dieser Zeit annehmbar. Da einige Arbeiten mehr Zeit bis zum Abschluss erfordern, sollten die Flüssigkeiten in der Lage sein, während dieser Zeit angemessen viskos zu bleiben. In der Laboranordnung wird die Viskosität unter Verwendung eines Rotationsviskosimeters, wie z. B. einem Fann „ 35VG"-meter oder einem Brookfield „DVII"-Digital-Viskosimeter, gemessen.
Aus praktischen Gründen sollte die Viskosität der Xanthan enthaltenden Flüssigkeit innerhalb einer bestimmten Zeit nach Abschluss der Arbeit vollständig verringert sein. Diese Zeit hängt von der Temperatur der Formation ab. Optimalerweise bricht eine gelierte Flüssigkeit, wenn die Arbeit abschließt. Eine Flüssigkeit vollständig verringerter Viskosität bedeutet eine Flüssigkeit, welche durch die fließenden Formationsflüssigkeiten und/oder Formationsdrücke aus der Formation gespült werden kann. Die gewünschten Charakteristika eines im Wesentlichen gebrochenen, nicht vernetzten Gels variieren je nach der Permeablität einer bestimmten Formation. Allerdings gewinnt solch ein gebrochenes Gel für die meisten Formationen unter Verwendung eines Gel-Schadens-Permeabilitäts-Tests mehr als etwa 65 % der anfänglichen Permeabilität einer Formationsprobe zurück.
Enzym-Systeme sind dafür bekannt, die Polysaccharid-Arten abzubauen, welche in Gelen für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren und Blockungs-Gelen sowie in anderen Anwendungen verwendet werden. Enzym-Brecher-Systeme für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren sind entwickelt worden, um gelierte Flüssigkeiten für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren und Blockungs-Flüssigkeiten, welche in der Industrie verwendet werden, sowie Filterkuchen zu brechen. Siehe zum Beispiel US-Patente Nrn. 5,224,544; 5,247,995; 5,201,370; 5,562,160 und 5,566,759. In diesen Referenzen beschriebene Xanthan-Enzym-Systeme bauen Xanthan enthaltende Flüssigkeiten bei niedrigen bis mittleren Temperaturen von bis zu etwa 65 °C (150 °F) ab. Allerdings sind diese Enzym-Systeme bei Temperaturen oberhalb von etwa 65 °C (150 °F) weniger wirksam.
Xanthan-basierte Bohrlochflüssigkeiten werden auch an der Oberfläche gelagert und erhalten. Zum Beispiel kann Xanthan enthaltender Bohrschlamm innerhalb eines Ersatzschachtes, Schlammschachtes oder Frac-Tanks gelagert und erhalten werden. In derartigen Fällen enthält der Bohrschlamm üblicherweise einen relativ großen Feststoffgehalt, einschließlich Bohrfeststoffen und festen Beschwerungsmaterialien. Nachdem ein Bohrloch gebohrt ist oder eine Abhilfebohrarbeit abgeschlossen ist, können große Volumina an Xanthan enthaltenden Bohrmaterialien an der Oberfläche innerhalb von Reserveschächten oder ähnlichen Lagerbereichen verbleiben. Um diese Flüssigkeiten nach einer Bohrarbeit zu entfernen, müssen die festen Materialien von der flüssigen Phase getrennt werden. Dies ist wegen der Anwesenheit von polymeren Viskositätsmitteln, wie Xanthan, häufig schwierig. Die Trennung erfordert üblicherweise ein Bearbeiten mit Hilfe von Trennungsgeräten einschließlich Cyclon-Trennern, Dekantierzentrifugen, Schüttlern und ähnlichem, sowie die Verwendung eines großen Volumens Wasser.
Xanthan-basierte Flüssigkeiten werden auch in Hochtemperatur-Nichtbohr-Anwendungen verwendet. Zum Beispiel kann Xanthan in industriellen Verfahren, wie den Reinigungsschritten eines Raffinationsverfahrens verwendet werden. In dieser und anderen ähnlichen Anwendungen können sich Xanthan-basierte Filterkuchen und Rückstände auf porösen permeablen Medien oder anderen Bereichen von Verfahrensausrüstung ansammeln. Diese Filterkuchen und Rückstände müssen regelmäßig oder auf kontinuierlicher Basis abgebaut und entfernt werden. Wie auch in Bohrloch-Anwendungen sind Xanthan-basierte Filterkuchen und Rückstände unter Hochtemperatur-Verfahrensbedingungen schwer zu entfernen, und Enzym-Systeme sind üblicherweise auf Temperaturen von etwa 65 °C (150 °F) begrenzt. In der Vergangenheit ist Dampf ein Verfahren gewesen, welches zur Entfernung von Xanthan-Filterkuchen und Rückstand aus Verfahrensfluss-Ausrüstung, wie in Raffinierungs-Verfahren, verwendet wurde.
Entsprechend besteht Bedarf an wirksamen Verfahren und Zusammensetzungen, um Xanthan-basierten Schaden von einem Bohrloch zu entfernen. Insbesondere besteht ein Bedarf an einem Verfahren, um bei etwa 65 °C (150 °F) übersteigenden Temperaturen die Produktivität einer unterirdischen Formation zu stimulieren, welche durch Xanthan-Moleküle enthaltende Bohr- und andere Flüssigkeiten geschädigt ist. Es besteht auch Bedarf an einem Verfahren, um durch Entfernen von Bereichen aus Xanthan-basierten Filterkuchen und/oder Rückständen bei etwa 65 °C (150 °F) übersteigenden Temperaturen das Zementieren und andere Bohrlochbehandlungsausführungen zu verbessern. Bedarf besteht auch an einem Enzym-Brecher oder einem System, welcher/s wirksam ist, bei etwa 65 °C (150 °F) übersteigenden Temperaturen Xanthan enthaltende Flüssigkeiten abzubauen. Weiter besteht Bedarf an einem Verfahren zum Abbauen Xanthan-basierter Flüssigkeiten, Filterkuchen und Rückstände in Verfahrens-Fluss-Systemen, die ähnlich hohe Temperaturen aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren zum Abbau von Xanthan-Molekülen, umfassend den Schritt: In Kontaktbringen der Moleküle mit einem Xanthanase-Enzymkomplex, hergestellt aus einer gemischten Kultur von Bakterien aus dem Boden, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, unter Bedingungen, bei denen mindestens ein Teil der Moleküle abgebaut wird.
Ein anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung eines Xanthan enthaltenden Formationsschadens, der in einem Bohrloch oder einer von dem Bohrloch durchdrungenen unterirdischen Formation vorliegt, umfassend den Schritt: Einbringen einer Bohrlochbehandlungsflüssigkeit in das Bohrloch, welche einen Xanthanase-Enzymkomplex umfasst, hergestellt aus einer gemischten Kultur von Bakterien aus dem Boden, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, unter Bedingungen, bei denen mindestens ein Teil des Xanthan enthaltenden Formationsschadens abgebaut wird.
Ein anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Verringerung der Viskosität einer Xanthan enthaltenden Flüssigkeit durch Abbau der in der Xanthan enthaltenden Flüssigkeit enthaltenen Xanthan-Moleküle, umfassend den Schritt: Kombinieren der Xanthan enthaltenden Flüssigkeit mit einem Xanthanase-Enzymkomplex, hergestellt aus einer gemischten Kultur von Bakterien aus dem Boden, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, unter solchen Bedingungen, dass die Viskosität der Xanthan enthaltenden Flüssigkeit verringert wird.
Ein anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung eines eine unterirdische Formation durchdringendes Bohrlochs, das eine Bohrlochoberfläche hat, umfassend den Schntt: Formulieren einer gelierbaren Flüssigkeit durch Mischen einer wässrigen Flüssigkeit, eines Xanthan-Polymers, eines geeigneten Vernetzungsmittels, um ein Xanthan-Polymer-Gel zu bilden, und eines Xanthanase-Enzymkomplexes, hergestellt aus einer gemischten Kultur von Bakterien aus dem Boden, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt. Das Verfahren umfasst ferner die Schritte: Einbringen des Xanthan-Polymer-Gels in das Bohrloch und Zulassen, dass der Xanthanase-Enzymkomplex das Xanthan in dem Polymer-Gel abbaut, so dass die Flüssigkeit aus der unterirdischen Formation an die Bohrlochoberfläche entfernt werden kann.
Ein anderer Aspekt dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Xanthanase-Enzymkomplexes, umfassend den Schritt: Kultivieren einer gemischten Kultur von Bakterien aus dem Boden, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, in einem Medium, das Xanthan-Moleküle enthält, unter Bedingungen, die zum Wachstum des Bakteriums und zur Erzeugung der Xanthanase durch das Bakterium geeignet sind. Das Verfahren umfasst auch den Schritt: Gewinnen der Xanthanase aus dem Medium.
Ein anderer Aspekt dieser Erfindung ist eine isolierte und biologisch reine mikrobielle Kultur, erhalten aus der Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt.
Ein anderer Aspekt dieser Erfindung ist eine Xanthanase, die enthalten ist in oder erzeugt wird aus einer Lösung, die eine Kultur umfasst, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht die Permeabilität gegen durch feldspatische Sandstein-Pfropfen verdrängte Porenvolumina.
2 veranschaulicht die Permeabilität gegen durch feldspatische Sandstein-Pfropfen verdrängte Porenvolumina ohne eine Behandlung gemäß dem offenbarten Verfahren.
3 veranschaulicht die Permeabilität gegen durch feldspatische Sandstein-Pfropfen verdrängte Porenvolumina vor und nach Behandlung gemäß einer Ausführungsform des offenbarten Verfahrens.
Beschreibung veranschaulichender Ausführungsformen
Bei der Nutzung des offenbarten Verfahrens wird ein Polymerbindungs-spezifischer Enzymkomplex verwendet, um Xanthan-basierte Polymermaterialien in nicht-schädigende Teile zu hydrolysieren oder auf andere Weise abzubauen. Enzyme sind hochspezialisierte Proteine, die von Zellen und lebenden Organismen hergestellt werden, und die die Fähigkeit haben, als Katalysator zur Beschleunigung bestimmter Reaktionen zu wirken. Da die konformative Struktur eines Enzyms als Katalysator von der Reaktion, die es fördert, unverändert bleibt, kann es dann eine weitere initiieren usw. Daher ist die Reaktivität eines Enzyms im Wesentlichen unendlich. In Ausführungsformen des offenbarten Verfahrens können Xanthan enthaltende Materialien mit Xanthanase-Enzymkomplex kombiniert oder in Kontakt gebracht werden, um den Abbau der Xanthan enthaltenden Materialien zu bewirken. Wie hierin verwendet, umfassen die Begriffe „Kombinieren", „in Kontakt bringen" und „anwenden" jegliche Verfahren, die geeignet sind, das Mischen, Aussetzen oder auf andere Weise bewirken des Zusammenkommens von zwei oder mehr Materialien, Verbindungen oder Bestandteilen in einer Weise zu bewirken, die geeignet ist, um mindestens teilweisen Abbau, Teilreaktion und/oder mindestens teilweise Vermischung zwischen den Bestandteilen zu bewirken.
Vorteilhafterweise sind Polymerbindungs-spezifische Enzym-Systeme, anders als saure oder oxidative Verfahren, gegenüber anderen Substanzen als den anvisierten Xanthan-Polymeren im Wesentlichen nicht reaktiv. Daher werden viele der sich von selbst ergebenden Ablenkungs- und anderen Probleme, die bei Verwendung von Säuren oder oxidierenden Lösungen beobachtet werden, durch die Verwendung der Xanthan-Polymerbindungs-spezifischen Enzyme des offenbarten Verfahrens gemildert. Zum Beispiel werden die Korrosion von Rohrmaterialien und Verfahrensgeräten sowie die durch Eisen geförderte Verschlammung auch durch Verwendung der offenbarten Polymerabbau-Verfahren und -Zusammensetzungen vermieden. Bezeichnenderweise können diese Probleme bei den relativ hohen Formations- und Verfahrenstemperaturen, bei denen die bisherigen Xanthan-Enzyme wirkungslos sind, am ausgeprägtesten sein. Weiter sind Enzyme, anders als Säuren und oxidative Spezies, inherent umweltfreundlich.
In Ausführungsformen des offenbarten Verfahrens und der offenbarten Zusammensetzungen wird eine gemischte Kultur von Bakterien, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 hat, bereitgestellt. Diese Kultur kann verwendet werden, um einen Xanthanase-Enzymkomplex zu gewinnen oder herzustellen, der bei Temperaturen bis zu und übersteigend 121 °C (250 °F) stabil und wirksam ist. Wie hierin verwendet, ist der „offenbarte Xanthanase-Enzymkomplex" definiert als den Xanthanase-Enzymkomplex meinend, der durch die gemischte Kultur von Bakterien, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, hergestellt wird. Dieser Enzymkomplex hat stabile und wirksame Eigenschaften bei Temperaturen bis zu 121 °C (250 °F) und unter Drücken von bis zu 20,7 MPa (3000 psi) gezeigt. Darüber hinaus hat dieser Enzymkomplex verbesserte Stabilität bei Druckanstiegen, verbesserte Temperaturstabilität bei ansteigendem Druck und verbesserte Reinigungswirksamkeit bei steigender Temperatur gezeigt. Daher würde man zum Vorteil dieser Offenbarung annehmen, dass dieser Enzymkomplex sogar größere Aktivität und Stabilität bei Drücken oberhalb 20,7 MPa (3000 psi), einschließlich 69 MPa (10000 psi), und bei Temperaturen oberhalb 121 °C (250 °F), einschließlich 135 °C (275 °F), aufweisen kann. Darüber hinaus wird der Fachmann zum Vorteil dieser Offenbarung verstehen, dass die Temperaturstabilität des offenbarten Xanthanase-Enzymkomplexes mit dem Druck so zusammenhängt, dass die Maximaltemperatur, bei der das offenbarte Enzym wirksam ist, mit steigendem Druck ansteigt. Folglich gehört es zum Fachwissen des Fachmanns, die Temperaturstabilität des offenbarten Enzymkomplexes bezogen auf den Druck zu bestimmen und/oder zu optimieren, einschließlich bei 121 °C (250 °F) übersteigenden Temperaturen.
Diese Temperatur-Stabilitäts-Charakteristika machen den offenbarten Xanthanase-Enzymkomplex ideal zum Abbau von Xanthan-Polymeren, die bei Bohrloch-Arbeiten verwendet werden, wie Einbohr-, Bohr-, Fertigstellungs-, Zementierungs-, Stimulations-, Wartungs- und Sanierungsarbeiten, die von einer weiten Bandbreite an Formationsdrücken und -temperaturen begleitet werden. Dies kann zum Beispiel erreicht werden durch Verwendung von Arbeitsverfahren in einer Weise, wie sie für andere Enzym-Zusammensetzungen und/oder Polysaccharide zum Beispiel in den US-Patenten Nrn. 5,126,051; 5,165,477; 5,224,544; 5,247,995; 5,201,370; 5,562,160 und 5,566,759 beschrieben sind.
Der offenbarte Enzymkomplex ist auch brauchbar beim Abbauen, Brechen und/oder dem Verringern der Viskosität von Xanthan enthaltenden Flüssigkeiten in Nicht-Bohrloch-Anwendungen, wie der Oberflächen-Sanierung von Bohrloch-Flüssigkeiten oder Verfahrens-Flüssigkeiten bei atmosphärischem Druck und in jeglicher anderen industriellen Anwendung, insbesondere solchen Anwendungen, die relativ hohe Temperaturen und/oder Drücke, wie oben beschrieben, einschließen. Obwohl die Verwendung dieses Enzymkomplexes besonders vorteilhaft bei relativ hohen Temperaturen und Drücken ist, wird zum Vorteil dieser Offenbarung verstanden werden, dass die Vorteile des offenbarten Verfahrens und der offenbarten Enzym-Zusammensetzungen auch bei niedrigeren Drücken und Temperaturen erzielt werden können, sowie unter jeglicher Bedingung, unter der es/er geeignet angewandt werden kann, um jegliche Art von Xanthan enthaltender Flüssigkeit abzubauen, zu brechen oder auf andere Weise die Viskosität zu verringern.
Bakterienkultur und Enzymproduktion
Die offenbarte Xanthanase herstellende gemischte mikrobielle Kultur hat die Fähigkeit gezeigt, wärmestabile extrazelluläre Enzyme zu produzieren, die Xanthan sowohl in geordneten als auch in ungeordneten Konformationen abbauen. Die gemischte Kultur ist im ATCC in Rockville, MD, unter der Nummer 55941 hinterlegt worden und hat ein Hinterlegungsdatum vom 3. März 1997. Diese Kultur ist vom ATCC unter Verwendung von BIOLOG als eine gemischte Kultur identifiziert worden, die eine Gram-negative große Kolonie von Citrobacter freundii und eine Gram-positive kleine Kolonie von Enterococcus faecalis aufweist.
Die offenbarte gemischte Kultur von Bakterien, ATCC 55941, wurde ursprünglich durch Anreicherungstechniken aus Boden isoliert. Nährmedium zur Anreicherung dieser Bakterien kann jedes geeignete Nährmedium sein, das Xanthan als primäre Kohlenstoffquelle enthält oder andere Medien einschließlich, aber nicht beschränkt auf andere Polysaccharide. Ein übliches Nährmedium, das für die Anreicherung verwendet wurde, umfasste Xanthan, 0,3 – 0,5 %; Ammoniumsulfat, 0,02 – 0,08 %; Hefeextrakt, 0,015 – 0,03 %; Trypton, 0,015 – 0,03 % und Natriumchlorid, 0,3 – 0,5 %. Das für die Anreicherungstechniken verwendete anfängliche Medium ist in Tabelle 1 unter dargestellt. Bodenproben wurden von verschiedenen Orten genommen und zu der obigen Brühe gegeben und bei 24 °C, 38 °C und 52 °C (75 °F, 100 °F und 125 °F) inkubiert, bis, innerhalb von 8 bis 10 Wochen, Viskositätsverringerung beobachtet wurde. Viskositätsverringerung wurde bei einer bestimmten Bodenprobe, die bei 52 °C (125 °F) inkubiert war, beobachtet. Diese Kultur durchlief dann viele zusätzliche Übertragungen, um den Xanthan-Bioabbau zu bestätigen. Die gemischte Kultur wurde auf Agar-Platten oder in flüssiger Brühe bei 4 °C gelagert. Flüssig-Brühe Lagerung ist üblicherweise für Routineuntersuchungen wünschenswert, da das Zellwachstum in einem kürzeren Zeitraum als mit anderen Verfahren erreicht wird.
Tabelle 1
Dann wurden Auswahl-Maßnahmen ergriffen, um nach der Fähigkeit dieser Kultur zu selektieren, extrem wärme- und hochdrucktolerante Enzymkomplexe zu produzieren. Die Kulturen wurden in einem wie unten in Tabelle 2 beschriebenen Medium angelegt. Die anfänglichen Kulturbedingungen betrugen 24 °C (75 °F) bei einem pH von 6,3. Sobald sich jede Subkultur entwickelt hatte, wurde in einem Zeitraum von jeweils 2 bis 3 Tagen oder in Abhängigkeit von der Viskositätsverringerung die Inkubationstemperatur um ein halbes Grad erhöht. Dieser Selektionsprozess erfolgte in einem BIOFLO „3000"-Fermenter unter streng kontrollierten Bedingungen. Es wurde im Verlauf der Anreicherungskultivierung entdeckt, dass die offenbarte gemischte Kultur Enzyme produzierte, die, bezogen auf die Viskositätsverringerung, in Abwesenheit von NaCl signifikant bessere Leistung erbrachten, so dass dieses im Selektionsverfahren aus der Medienzusammensetzung genommen wurde.
Tabelle 2
In einer Ausführungsform kann eine optimierte Enzym-Herstellung aus der offenbarten Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, durch Inkubation in einem Medium, dessen Zusammensetzung in Tabelle 3 angegeben ist, erreicht werden, obwohl auch andere zur Enzym-Herstellung geeignete Medien verwendet werden können. Die Niveaus von Xanthan werden üblicherweise auf 3 bis 4 % erhöht und Hefe und Pepton waren mit 0,2 % eingeschlossen. Die Inkubation der gemischten Kultur kann bei jeglicher/m für die Enzym-Herstellung geeigneter/m Temperatur und pH durchgeführt werden. Üblicherweise wird die Inkubation im Temperaturbereich von etwa 26,7 bis etwa 29,4 °C (etwa 80 bis etwa 85 °F) und bei einem anfänglichen pH im Bereich von etwa 6,0 bis etwa 7,0, üblicherweise etwa 28 °C (etwa 82,4 °F) und einem pH von etwa 6,3 durchgeführt. Unter diesen Bedingungen wird die Viskosität in einem Produktionsansatz üblicherweise innerhalb von etwa 2 bis 3 Tagen verringert, was eine gesteigerte Enzymaktivität und gesteigerte Enzymkomplex-Stabilität anzeigt. Die Fermentation ist aerob und die benötigte Luftstromrate hängt von der Gefäßkapazität und der Form, der Ansatzgröße und Kulturerfordernissen ab. Geleitet von den Wachstumsraten und Xanthanase-Ausbeuten kann die optimale Rate vom Fachmann ohne Weiteres bestimmt werden. Wenn die Enzymausbeute maximiert werden soll, ist es üblich, die Bedingungen innerhalb der oben genannten Bereiche einzustellen.
Tabelle 3
In einer Ausführungsform kann eine Roh-Enzym-Zubereitung aus einer Fermentationskultur isoliert werden, indem die Zellen entfernt werden, wie z. B. durch Zentrifugation oder Filtration. Wenn gewünscht, kann das Enzym in dem Überstand dann konzentriert werden. In dieser Ausführungsform hat die Roh-Enzym-Zubereitung eine spezifische Aktivität von 10400 IU/g, welche durch Ultrazentrifugationsverfahren auf zum Beispiel 520000 IU/g konzentriert werden kann. Ein IU (International Unit) ist als die Menge an Enzymaktivität definiert, die notwendig ist, um bei 25 °C, 1 Atmosphäre und einem pH von 5,0 die Umwandlung oder Freisetzung von 1,0 μmol Substrat pro Minute zu katalysieren.
Für die Herstellung des offenbarten Enzyms im großen Maßstab wird die Kultur üblicherweise hergestellt, indem Kultivierungsbedingungen wie oben angegeben verwendet werden. Die Brühe wird dann üblicherweise durch Ultrazentrifugation abgetrennt, wobei 0,1 mikron NMW (nominal molecular weight) Ausschlussmembranen verwendet werden, um die Bakterien-Zellen zu entfernen. Der Enzymkomplex kann dann durch Ultrazentrifugation unter Verwendung einer 10000NMW Ausschlussmembran, zum Beispiel 50 fach (oder wie anders gewünscht), konzentriert werden. Der so hergestellte Roh-Enzymkomplex ist gebrauchsfertig, allein oder in einer Mischung mit anderen Materialien, um Xanthan unter Verwendung der hierin beschriebenen Ausführungsformen und Verfahren zu behandeln. Der Enzymkomplex kann für die Verwendung gelagert oder frisch zubereitet direkt verwendet werden.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Herstellung des offenbarten Xanthanase-Enzymkomplexes oben beschrieben worden sind, wird zum Vorteil der vorliegenden Offenbarung verstanden werden, dass jegliches andere Verfahren der Herstellung, Isolierung und/oder Konzentration des Enzymkomplexes, das dem Fachmann bekannt ist, verwendet werden kann.
Tabelle 4 von Beispiel 5 bildet die Ergebnisse von Temperaturuntersuchungen ab. Wie in Tabelle 4 gezeigt, wies der offenbarte Enzymkomplex Stabilität und gesteigerte Reinigungsleistungen auf, wenn die Temperatur auf 121 °C (250 °F) erhöht wurde.
Der offenbarte Xanthanase-Enzymkomplex ist hierin definiert als ein Enzymkomplex, der in der Lage ist, Xanthan-Moleküle abzubauen. Ohne zu wünschen an eine bestimmte Theorie gebunden zu sein, wird basierend auf der strukturellen Charakterisierung der Abbauprodukte angenommen, dass mindestens zwei, möglicherweise drei Enzymaktivitäten beteiligt sind: eine Lyase oder eine Hydrolase, die terminal pyruvylierte D-Mannose-Reste entfernt, und eine β-(1,4)-D-Glucanase, die glucosidische Bindungen von Rückgrat-Kettenresten, die Seitenketten tragen, spaltet. Von dem offenbarten Xanthan-spezifischen Enzymkomplex wird angenommen, dass er spezifisch entweder die α-1,2 und/oder β-1,4 glycosidischen Bindungen des Substituenten sowie die β-1,4 glucosidischen Bindungen des Rückgrats abbaut oder spaltet. Sutherland (FEMS Microbiology Reviews, 16, 323 – 347 (1995)) liefert eine Übersicht über Polysaccharid-Lyasen einschließlich Xanthanasen, auch als Xanthan-Lyasen bezeichnet.
Enzym Anwendungen
In Bohrloch-bezogenen Ausführungsformen des offenbarten Verfahrens werden Xanthanase-Komplexe, die aus der Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, hergestellt worden sind, in ein Bohrloch eingeführt, um Xanthan-basierten Formationsschaden in Form von Filterkuchen, Rückständen, Filtraten und/oder anderen Permeabilität oder Produktivität hindernden Materialien abzubauen. Wie hierin verwendet, bezieht sich „Formationsschaden" auf die Bildung von Haut oder die Verringerung in der Produktivität einer von einem Bohrloch durchdrungenen unterirdischen Formation, in Folge der verstopfenden Wirkung eines Filterkuchens, Rückstands, Filtrats oder anderen Materials, oder jeglichen anderen Mechanismus' der Blockung oder Verursachung von Permeabilitätsverringerung einer unterirdischen Formation. In der vorliegenden Offenbarung bedeutet „Einführen in ein Bohrloch", dass der offenbarte Enzymkomplex gepumpt, eingespritzt, gegossen, freigesetzt, verdrängt, fixiert, zirkuliert oder auf andere Weise innerhalb einer Bohrung oder eines Bohrlochs platziert wird, unter Verwendung jeglicher geeigneter Weise, die dem Fachmann bekannt ist. Üblicherweise folgt Formationsschaden durch Xanthan-basierte Flüssigkeiten einer Aussetzung mit Xanthan-basierten Flüssigkeiten, die in eine wässrige Flüssigkeit gemischt werden, die enthält, aber nicht beschränkt ist auf, Wasser, Salzwasser, Wasser-basierte Schäume und Wasser- Alkohol-Mischungen. Häufig besteht Formationsschaden aus Fremdkörpern, die nach unvollständigem Brechen eines aus einem Xanthan-Polymer bestehenden Gels, das mit einer solchen wässrigen Flüssigkeit gemischt ist, zurückbleiben. In jedem Fall können das offenbarte Verfahren und die offenbarten Zusammensetzungen dazu verwendet werden, einen Xanthan-basierten Formationsschaden abzubauen, zu brechen und/oder seine Viskosität zu verringern, zum Beispiel durch Abbau von Filterkuchen oder Rückständen und/oder durch Verringerung der Viskosität von Xanthan-basierten Flüssigkeiten, wie Filtraten, die innerhalb einer Gesteinsmatrix vorliegen.
Bei der Anwendung des offenbarten Verfahrens kann der Xanthan-basierte Formationsschaden auch ein bei der Gelierung verwendetes Vernetzungsmittel einschließen. Mögliche Vernetzungsmittel schließen die dem Fachmann bekannten Vernetzungsmittel ein. Zum Beispiel ist die Gelierung von hydratisierbaren Polymeren, wie Xanthan, durch Vernetzung dieser Polymere mit Metallionen erreicht worden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Aluminiumantimonate, Zirkonium und Titan enthaltende Verbindungen einschließlich der so genannten Organotitane. Siehe zum Beispiel US-Patent Nr. 4,514,309. Das offenbarte Verfahren und die offenbarten Zusammensetzungen können auch verwendet werden, um die Viskosität von nicht vernetzten Xanthan-basierten Flüssigkeiten zu verringern. Diese schließen Xanthan-Gummis, verwendet als Sand-Kontroll-Mittel, Frac-Abdichtungs- oder Kiestamponage-Flüssigkeiten ein.
Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform des offenbarten Verfahrens eine Behandlung, die das offenbarte Xanthanase-Enzym enthält, verwendet werden, um schnell und vollständig einen Xanthan-basierten Rückstand zu entfernen, der in einem Filterkuchen oder der Gesteinsmatrix eines Bohrlochs gefunden wird. In dem offenbarten Verfahren wird der Xanthan-basierte Formationsschaden üblicherweise mit einer extern angewendeten Enzym-Behandlungsflüssigkeit behandelt. Der abgebaute Rückstand kann dann mittels Formationsflüssigkeiten aus einer Formation gespült werden. Da der offenbarte Enzymkomplex hochspezifisch ist, reagiert er selbst bei 121 °C (250 °C) übersteigenden Temperaturen im Wesentlichen nicht mit oder baut im Wesentlichen keine Materialien ab, die gewöhnlich innerhalb einer unterirdischen Formation gefunden werden oder bei Bohrlocharbeiten verwendet werden (wie Kalkstein, Eisen, Harz beschichtete Stützmittel, Rohrmaterialien usw.). Das Enzym, das von der Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, hergestellt wird, ist wirksam beim Angehen von durch Xanthan-Gummis verursachtem Formationsschaden, welche üblicherweise in Bohrflüssigkeiten und anderen Bohrlochbehandlungsflüssigkeiten verwendet werden. Zum Beispiel greift das Xanthanase-Enzym, das von der Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, hergestellt wird, Filterkuchen aus Bohrlochflüssigkeit an, indem es Xanthan-Polymermaterial abbaut, das als Leim Teilchen, wie Bentonit oder Calciumcarbonat, zusammenhält. Nach dem wirksamen Abbau von Xanthan-Materialien kann dann das lösliche Beschwerungs- oder Verbrückungsmaterial entfernt werden, was den gleichmäßigen Einfluss in ein Bohrloch sicherstellt.
Zusätzlich zum Angehen von Formationsschaden, der während Bohranwendungen durch zum Beispiel Bohrschlamm verursacht wurde, können die offenbarten Verfahren und Zusammensetzungen verwendet werden, um Formationsschaden zu entfernen oder zu verringern, der durch andere Bohrlocharbeiten verursacht worden ist, sowie durch jegliche Arbeit, die Xanthan-basierte Flüssigkeiten verwendet, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Fertigstellungsflüssigkeiten, Wartungsflüssigkeiten, Kiestamponage-Flüssigkeiten, Frac-Abdichtungs-Flüssigkeiten, Blockungsgele und Gele für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren. Noch weitere Anwendungen schließen die Verwendung des Enzyms zum Maßschneidern der Viskosität von Xanthan-Flüssigkeits-Suspensionen für eine bestimmte Verwendung ein, wie z.B. zum Verdünnen von Suspensionen vor dem Einspritzen in unter dem Grund Öl-tragende Formationen, um sekundäre oder tertiäre Gewinnungsoperationen zu unterstützen. Der offenbarte Xanthanase-Enzymkomplex kann verwendet werden, um vernetzte oder nicht vernetzte Xanthan-basierte Flüssigkeiten abzubauen, wie sie zum Beispiel in den US-Patenten 5,566,759 und 5,201,370 beschrieben sind. Zusätzlich kann der Xanthanase-Enzymkomplex intern eingeschlossen in eine Flüssigkeit oder ein Material, die/das Xanthan enthält, angewendet werden, extern auf eine Flüssigkeit oder ein Material, die/das Xanthan enthält, angewendet werden, oder in einer Mischung aus beidem angewendet werden, wie zum Beispiel in US-Patent 5,566,759 beschrieben. Zum Beispiel ist für vernetzte Blockungsgele das übliche Verfahren der Verwendung einer Enzymbehandlung der interne Einschluss einer Enzymbehandlung mit externer Anwendung von Enzymbehandlung. Für Gele für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren und nicht vernetzte Flüssigkeiten ist das übliche Verfahren der Verwendung der interne Einschluss einer Enzymbehandlung. Für Kiestamponagearbeiten wird das Enzym-System üblicherweise intern in die Flüssigkeit eingeschlossen.
Wenn das offenbarte Verfahren verwendet wird, um Xanthan-basierten Formationsschaden oder Xanthan-basierte Flüssigkeiten in einem Bohrloch zu behandeln, kann eine Behandlungsflüssigkeit, die den offenbarten Xanthanase-Enzymkomplex enthält, an einer gewünschten Stelle (wie gegenüber einem produktiven oder Einspritz-Bereich), mit einer Geschwindigkeit, die geeignet ist, die Formation zu beschichten, in das Bohrloch eingespritzt werden. Wenn sie so verwendet wird, kann eine Behandlungsflüssigkeit zirkuliert, gespritzt und/oder eingespritzt (oder gebullheaded) oder auf andere Weise mit einer Geschwindigkeit in ein Bohrloch und/oder eine Formation eingebracht werden, die ausreicht, um die Perforationen und/oder Formationsmaterialien zu beschichten und Xanthan-basierten Formationsschaden zu kontaktieren. Üblicherweise wird der offenbarte Enzymkomplex als eine wässrige Xanthanase-Behandlungsflüssigkeit in das Bohrloch eingeführt. Unter anderem kann die wässrige Xanthanase-Behandlungsflüssigkeit jegliche geeignete wässrige Flüssigkeit einschließen, wie Formations-Salzwasser, KCl-Wasser, Seewasser, Calciumchloridwasser, Ammoniumchlorid oder Substitute davon, am üblichsten KCl-Wasser. Auch Additive können verwendet werden, einschließlich Additiven, die üblicherweise in der Ölindustrie verwendet werden, wie Tensiden, Chelatisierungsmitteln, Schaummitteln usw. Eine Behandlung kann auch als eine geschäumte Flüssigkeit angewendet werden. Eine Behandlungsflüssigkeit, die den offenbarten Xanthanasekomplex enthält, kann irgendeinen geeigneten pH haben, bei dem der offenbarte Xanthanasekomplex wirksam gegenüber Xanthan-Molekülen ist. Obwohl nicht auf irgendeinen spezifischen pH-Bereich begrenzt, hat eine solche Flüssigkeitsbehandlung üblicherweise einen pH von zwischen etwa 3 und etwa 10, am üblichsten zwischen etwa 4 und etwa 5. Ein pH von Xanthanase-Behandlungsflüssigkeit nach dem offenbarten Verfahren kann durch die Verwendung von jeglichem/r geeigneten Puffer, Säure oder Base, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Salzsäure oder Natriumhydroxid eingestellt werden.
Für die Behandlung von Xanthan-basiertem Formationsschaden innerhalb eines Bohrlochs kann jegliches Flüssigkeits-Volumen verwendet werden, das zum Abbau, Brechen oder Verringern der Viskosität des Formationsschadens geeignet ist. Das Volumen der Behandlungsflüssigkeit kann von vielen Faktoren abhängen, einschließlich der Tiefe des Bohrlochs, der Länge des produktiven oder einspritzenden Abschnitts, dem Volumen des Bohrlochs, der Schwere des Formationsschadens und der Permeabilität und Art der Formation. Üblicherweise wird ein Volumen äquivalent zu etwa 120 % des Lochvolumens eingesetzt. Zusätzlich kann jegliche geeignete Konzentration an Enzymkomplex in der Behandlungsflüssigkeit verwendet werden. Üblicherweise wird eine Konzentration von zwischen etwa 0,5 % und etwa 20 %, am üblichsten zwischen etwa 5 % und etwa 10 % Volumen, bezogen auf das Gesamtvolumen einer wässrigen Behandlungsflüssigkeit eingesetzt.
Bei der Anwendung des offenbarten Verfahrens wird üblicherweise eine Xanthanase-Enzym-Behandlungsflüssigkeit, die den offenbarten Enzymkomplex enthält, der von dem Bakterium, das die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, hergestellt ist, in einem Produktions- oder Injektionsbohrloch in einer solchen Weise platziert, dass sie den Xanthanpolymeren Schaden kontaktiert und den Abbau, das Brechen und/oder die Entfernung eines Filterkuchens, Rückstands oder anderen Schadens initiiert. Sobald die Enzym-Behandlungsflüssigkeit in dem Bohrloch platziert worden ist, muss dem Bohrloch üblicherweise genügend Zeit für den Abbau von Xanthan-basiertem Formationsschaden durch den Enzym-Komplex gelassen werden. Abbau-Charakteristika hängen üblicherweise von der verwendeten Enzymkonzentration und der Temperatur, die am Boden des Bohrlochs herrscht, ab. Eine optimale Einschlusszeit hängt häufig von einer Kombination aus Temperatur, Druck und pH ab, da die Reaktionsgeschwindigkeiten abhängig von diesen zwei Variablen variieren können. Außerdem kann die in einer Behandlungsflüssigkeit verwendete Konzentration an Enzymkomplex erhöht sein, um die zum Abbau benötigte Zeit zu verringern. Üblicherweise wird ein Vorbehandlungs-Labortest durchgeführt, bei dem die Xanthan-basierte Bohrlochflüssigkeit bei Reservoirbedingungen verwendet wird, um die gewünschte Konzentration und Einschlusszeit zu ermitteln. In den meisten Fällen beträgt eine übliche Einschlusszeit zwischen etwa 24 und etwa 72 Stunden, wenngleich längere oder kürzere Einschlusszeiten ebenso möglich sind.
In einer höchst üblichen Anwendung der vorliegenden Ausführungsform wird Enzym-Behandlungsflüssigkeit durch die Röhrenanlage an den Ort des Filterkuchens oder des Xanthan-basierten Schadens innerhalb des Produktionsbereiches gepumpt, mit einer Geschwindigkeit, die ausreichend ist, die Formation zu beschichten, zum Beispiel wie in den US-Patenten 5,247,995; 5,165,477 und 5,126,051 offenbart. Pumpen stellt eine gleichmäßige Verteilung von Enzymen für das beste Ergebnis sicher. Am üblichsten wird die Behandlung durch Schäumen eingesetzt, und der Filterkuchen oder anderer Formationsschaden wird mit einem minimalen Volumen an wässriger Behandlungsflüssigkeit behandelt. Für eine gebrochene Formation ist ein minimales Volumen in der Regel äquivalent zu ungefähr einem Teil Porenvolumen im Falle dichter und nicht-ausfließender Formationen, wobei zwei Porenvolumina üblicher sind. Größere Volumina an wässriger Behandlungsflüssigkeit sollten im Falle weniger dichter und/oder ausfließender Formationen verwendet werden. Das Porenvolumen kann in jeglicher dem Fachmann bekannter Weise gemessen werden. Eine Enzymbehandlung wird dann üblicherweise für eine Zeit in die Formation eingeschlossen, die ausreicht, den Abbau des Xanthan-basierten Filterkuchens oder anderen Formationsschadens zu beginnen. Die Einschlusszeit kann gemäß der Parameter wie oben beschrieben variieren.
Wenn das offenbarte Verfahren verwendet wird, um Xanthan-basierten Formationsschaden in ausgedehnten Offenloch-Anwendungen zu behandeln, einschließlich horizontaler und/oder abweichender Bohrlöcher, kann die Behandlung durch Rohrschlangen erfolgen. Am üblichsten wird eine Behandlungsflüssigkeit durch Rohrschlangen mit einer Spritzdüse gepumpt, um das Loch zu beladen. Schäumen der Enzymlösung wird üblicherweise in Bohrlöchern eingesetzt, die hochpermeable Formationen durchdringen, um die Lösung so lange wie möglich in dem Loch zu halten.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Xanthanase-Enzymkomplex, der von der Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, hergestellt wird, als Teil einer Flüssigkeit für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren eingesetzt werden, als ein Enzym-Brecher in einer Weise, wie sie für Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren für Galactomannan-Flüssigkeiten zum Beispiel in US-Patent 5,201,370 beschrieben ist. Wenn er so verwendet wird, wird der Xanthanase-Enzymkomplex üblicherweise in einer gelierbaren Flüssigkeit für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren kombiniert, indem eine wässrige Flüssigkeit, ein hydratisierbares Xanthan-Polymer und ein geeignetes Vernetzungsmittel zur Vernetzung des Xanthan-Polymers zusammengemischt werden, um ein Polymergel zu bilden.
Neben Xanthan enthaltenden Flüssigkeiten für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren kann der Xanthanase-Enzymkomplex verwendet werden, um Xanthan enthaltende Blockungsgele, Frac-Abdichtungs-, Kiestamponage-Flüssigkeiten und Zementierungsflüssigkeiten in einer ähnlichen Weise abzubauen, wie es für Cellulose enthaltende Polysaccharidflüssigkeiten zum Beispiel in den US-Patenten 5,566,759 und 5,562,160 beschrieben ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Xanthanase-Enzymkomplex in Verbindung mit anderen Bohrlochbehandlungsflüssigkeiten oder -arbeiten verwendet werden, um deren Ergebnisse zu verbessern. Wie hierin verwendet, bedeutet „Bohrlochbehandlungsflüssigkeit" jegliche Flüssigkeit, die für das Einbringen in ein Bohrloch während des Bohrens, der Fertigstellung, Wartung oder Sanierungsarbeiten geeignet ist, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Stimulationsflüssigkeiten (wie Säure enthaltende Flüssigkeiten, Kondensatbehandlungsflüssigkeiten, Ablagerungsentfernungs- oder Inhibitorflüssigkeiten, Asphaltinhibitor- oder Entfernungsflüssigkeiten, Flüssigkeiten für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren mit oder ohne Stützmittel, Oxidationsmittel enthaltende Flüssigkeiten usw.), Blockungsgele, Flüssigkeiten für Kiestamponagen, Frac-Abdichtungs-Flüssigkeiten, Klärflüssigkeiten, geschäumte Flüssigkeiten, usw. Zum Beispiel kann die offenbarte Xanthanase in Zementierungsarbeiten vor einer Zementaufschlämmung als eine extern angewendete Behandlungsflüssigkeit zum Zwecke der Entfernung von Xanthan-basiertem Filterkuchen und/oder Rückständen, die die Druckintegrität des Zements behindern kann/können sobald sich dieser gesetzt hat, eingesetzt werden, wie zum Beispiel in den US-Patenten 5,165,477 und 5,126,051 beschrieben. Dies kann zum Beispiel bei primären oder sekundären Zementierungsarbeiten getan werden. Bei primären Zementierungsarbeiten kann ein ausreichender Platzhalter aus Xanthanase-Enzymkomplex vor der Zementaufschlämmung zirkuliert werden, um Filterkuchen und Rückstände die zwischen der Röhre und der inneren Wand des offenen Loches vorliegen, zu entfernen. Bei sekundären Zementierungsarbeiten kann eine Speerspitze aus Xanthanase-Enzymkomplex vor einer Zementaufschlämmung eingeführt werden, um Xanthan-basierte Materialien, die in Perforationen oder ringförmigen Bereichen vorliegen, abzubauen und dadurch den Weg an diese Orte für die Zementaufschlämmung frei zu machen.
In ähnlicher Weise kann der Xanthanase-Enzymkomplex, der von der Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, hergestellt wird, vor einer Stimulationsflüssigkeit einschließlich, aber nicht begrenzt auf, Säure enthaltende Flüssigkeiten, Kondensat-Behandlungsflüssigkeiten, Ablagerungs- Entfernungs- oder Inhibitor-Flüssigkeiten, Asphaltinhibitor- oder -entfernungs-Flüssigkeiten, Flüssigkeiten für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren mit oder ohne Stützmittel, Oxidationsmittel enthaltende Flüssigkeiten oder jegliche andere Art von dem Fachmann bekannter Flüssigkeit, die für die Stimulation der Produktion aus einem unterirdischen Reservoir oder Bohrloch geeignet ist, verwendet werden, um Xanthan-basierte Materialien, so wie z. B. Formationsschaden, auszureinigen oder auf andere Weise zu entfernen oder abzubauen. Die Einwirkung von Flüssigkeiten, die Xanthan-basierte Materialien enthalten, wie Viskositätsmittel, inhibiert häufig das Eindringen von Stimulationsflüssigkeiten, wie Säuren oder anderen Behandlungsflüssigkeiten, in die Formationsfläche. Darüber hinaus kann, obwohl dies in jeglichem Bohrloch ein Problem ist, die Produktionsfähigkeit oder Einspritzeffizienz in einem offenen Loch, in horizontalen Bohrlöchern, Bohrlöchern ausgedehnter Reichweite, multilateralen und Hochwinkel- Bohrlöchern drastisch verringert sein. Diese Arten von Bohrlöchern stellen schwierige Probleme in Bezug auf Suspension und Entfernung von Verschnitt dar und sind auf Grund ihrer Art anfälliger für Formationsschaden. Derartige Bohrlöcher werden üblicherweise entworfen, um die Produktion durch Vergrößerung der Oberfläche innerhalb eines Produktionsbereiches zu steigern. Um- die beabsichtigte gesteigerte Produktion durch eine vergrößerte Oberfläche zu erreichen, muss üblicherweise der Schaden an der Formationspermeabilität in dem interessierenden Bereich minimiert werden. In diesem Zusammenhang hat sich gezeigt, dass eine bestimmte Art von Bohrflüssigkeiten, „Einbohr"-Flüssigkeiten (drill-in fluids), in derartigen Bohrlöchern besonders brauchbar ist. Normalerweise werden Einbohrflüssigkeiten (die auch als „saubere"-Flüssigkeiten bezeichnet werden) eingesetzt, die wenig Rückstand produzierende Polymere enthalten, so dass das Permeabilitätsschaden-Potential verringert ist. In geeigneter Weise verwendet, verbessern Einbohrflüssigkeiten die Bohrloch-Produktivität, wie sich an höher als erwartet liegenden Produktionsgeschwindigkeiten und verbesserter Reservoir-Erholung messen lässt. Einbohrflüssigkeiten sind beim Bohren von horizontalen und multilateralen Bohrlöchern in Folge ihrer Fähigkeit Verschnitt zu suspendieren und zu entfernen sehr beliebt geworden. Gruppen von Einbohrflüssigkeiten schließen Flüssigkeiten ein, die größeneingestelltes Salz umfassen, insbesondere größeneingestelltes Calciumcarbonat, konventionelles Calciumcarbonat, gemischtes Metallhydroxid und speziell formulierte Öl-basierte und synthetische Flüssigkeiten.
Einbohrflüssigkeiten enthalten normalerweise viskosifizierende Polymere, wie z.B. ein Biopolymer, Biopolymermischungen, derivatisierte Stärke oder derivatisierte Cellulose. Einbohrflüssigkeiten können aus verschiedenen Kombinationen von Viskositätsmitteln bestehen. Beispiele derartiger Systeme schließen ein, sind aber nicht begrenzt auf, Stärke-basierte Systeme, die Xanthan enthalten, Cellulose-basierte Systeme, die Xanthan enthalten, und gemischte Systeme, die Cellulose, Xanthan und Stärke enthalten. Wasser-basierte Einbohrflüssigkeiten, wie z. B. größeneingestellte Salz-Flüssigkeiten, können 3 bis 5 Pfund Biopolymer pro Barrel enthalten, derivatisierte Stärke und eine zusätzliche derivatisierte Stärke, um als Filtrationskontroll-Mittel zu fungieren. Wenn derartige Wasser-basierte Flüssigkeiten verwendet werden, sind üblicherweise Säure-basierte Brechersysteme oder solche vom Oxidationsmitteltyp eingebaut, um verbliebenen Bohrschlamm und Filterkuchen abzubauen. Säure-basierte Brechersysteme (üblicherweise 5 bis 15 Gew.-% Salzsäure) und oxidierende Brecher schließen üblicherweise keine Enzyme ein. Filterkuchen werden allerdings sogar gebildet, wenn „saubere" Einbohrflüssigkeiten mit konventionellen Brechersystemen in unterirdische Formationen eingeführt werden. Der Xanthanase-Enzymkomplex, der von der Kultur hergestellt wird, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, kann verwendet werden, um Xanthan-Materialien abzubauen, die mit den verschiedenen Arten von Xanthan enthaltenden Polymersystemen, die konventionell in Einbohrflüssigkeiten oder anderen Flüssigkeiten vor der Stimulationsbehandlung verwendet werden, verwandt sind.
Im Allgemeinen wird bei Verwendung dieser Ausführungsform des offenbarten Verfahrens eine Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit durch ein Bohrloch in eine unterirdische Formation eingeführt. Die Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit ist üblicherweise eine Wasserbasierte Flüssigkeit, die, zumindest teilweise, den offenbarten Xanthan-Enzymkomplex einschließt, der wirksam ist, Xanthan-polymere Viskositätsmittel, die in dem Bohrloch vorliegen können, abzubauen. Die Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit wird hergestellt, indem eine zum Abbau der polymeren Viskosifizierer ausreichende Menge Enzym mit einer wässrigen Flüssigkeit als der Trägerflüssigkeit gemischt wird. Die wässrige Flüssigkeit kann frisches Wasser, Seewasser oder Salzwasser sein und kann Additive wie Puffermittel, um den pH zu kontrollieren, Tonstabilisierer, Tenside und andere Mittel einschließen. Die Reinigungsbehandlungsflüssigkeit kann auch in Form eines Schaums einer geeigneten Qualität vorliegen, üblicherweise mit einer Qualität von mehr als etwa 50 %. Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit in dieser Form ist wünschenswert, um einen Verlust an Flüssigkeit zu vermeiden, bevor der Kontakt mit dem gesamten Bohrloch erreicht ist. Solche Umstände müssen insbesondere in offenen Löchern angegangen werden, oder wo Risse in dem Bohrloch zu behandeln sind. Allerdings kann es unter bestimmten Umständen, zum Beispiel bei Einspritz-Bohrlöchern, nicht wünschenswert sein, natürliche Risse zu bereinigen.
Die Konzentration an offenbartem Enzymkomplex in der Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit ist üblicherweise jegliche geeignete Menge, die wirksam ist, die in dem Bohrloch gefundenen Xanthan-polymeren Materialien abzubauen. Im Allgemeinen wird eine wirksame Menge des offenbarten Xanthanase-Enzymkomplexes mit dem wässrigen Träger oder der Behandlungsflüssigkeit gemischt, die im Bereich von etwa 5 bis etwa 200 Gallonen pro tausend (gpt) der Behandlungsflüssigkeit liegt. Die Menge liegt üblicherweise im Bereich von etwa 50 bis etwa 100 Gallonen pro tausend (gpt) der Behandlungsflüssigkeit. Es kann notwendig sein, die Menge in Abhängigkeit von den Bohrlochbedingungen auf höhere oder niedrigere Konzentrationen einzustellen. Es liegt im Bereich des Fachwissens, die zum wirksamen Abbau eines Xanthan-polymeren Viskositätsmittels innerhalb eines gewünschten Zeitraums notwendige Menge an Enzymkomplex zu optimieren. Die Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit wird üblicherweise so entworfen, dass das Viskositätsmittel innerhalb von sieben Tagen, und noch üblicher innerhalb von etwa 24 bis etwa 48 Stunden abgebaut wird.
Bei dem Verfahren der vorliegenden Ausführungsform wird, nach der Herstellung einer zum Abbau des in einem bestimmten Bohrloch vorliegenden Xanthan-polymeren Materials geeigneten Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit, die Behandlungsflüssigkeit unter Verwendung geeigneter Ausrüstung in das Bohrloch eingespritzt. Zum Beispiel kann sie durch Bohrrohr-Einspritzung punktgenau behandelt oder durch Einspritzung unter Verwendung von Rohrschlange in ein Bohrloch, das ein offenes Loch hat, gegeben werden. Sie kann auch in das Bohrloch gebullheaded werden. Bei dem Verfahren der vorliegenden Ausführungsform ist ein adäquates Volumen an Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit in das Bohrloch einzuspritzen, deren Volumen bestimmt ist von der Größe des Bohrlochs plus der Einberechnung von einigem Flüssigkeitsverlust in Folge von Ausfließen. Zum Beispiel wird für ein offenes Loch das Volumen des offenen Lochs plus einem zusätzlichen Volumen von etwa 25 % als eine optimale Menge angesehen, die benötigt wird, um das gebohrte Loch zu füllen und eine Flüssigkeitsleckage von etwa 25 % zu erlauben. Es ist auch üblich, wenn konventionelle Rohre punktgenau behandelt werden oder Rohrschlange verwendet wird, dass anfänglich das Rohr über den gesamten interessierenden Produktionsabschnitt ausgedehnt wird.
Sobald die Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit am Platz ist, wird das Bohrloch üblicherweise verschlossen, um der Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit zu ermöglichen, die polymeren Rückstände der Viskositätsmittel in der Wand der Bohrung und der umgebenden Formation abzubauen. Die Zeit für den Einschluss wird von Bohrloch zu Bohrloch variieren, abhängig von Temperatur, Zusammensetzung und Konzentrationen der Behandlungs-Flüssigkeit und den Reservoir-Bedingungen. Die üblichste Zeit für den Einschluss der Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit liegt bei etwa 24 bis etwa 48 Stunden. In jedem Fall ist die Einschlusszeit üblicherweise lang genug, um die gesamte Platzierung der Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit in dem Bohrloch zuzulassen und den Kontakt der Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit mit den ausgesetzten Oberflächen des Bohrlochs und jeglichen Ausdehnungen davon zu erlauben. Nachdem ausreichend Zeit zum Wirken der Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit vergangen ist, kann die Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit in bestimmten Anwendungen, wenn gewünscht, zum Beispiel durch irgendeine der zuvor genannten Flüssigkeitszurückgewinnungsverfahren aus dem Bohrloch und der Formation zurückgewonnen werden.
Im nächsten Schritt des Verfahrens dieser Ausführungsform wird normalerweise eine Stimulationsbehandlung, wie z. B. eine Säure-Behandlung, durchgeführt. Die Parameter für die Stimulations-Behandlung werden für das speziell interessierende Bohrloch eingestellt und können zum Beispiel davon abhängen, ob die Formation von der Art her Sandstein oder Carbonat ist. Zum Beispiel kann die Auswahl der spezifischen Parameter für eine derartige Stimulationsbehandlung ohne Weiteres von einem Fachmann getroffen werden. Im Falle von Säure-Behandlungen kann die Behandlung üblicherweise eine oder mehrere wässrige Säure-Lösungen einschließen und kann außerdem Additive, wie Korrosionsinhibitoren, Tenside, Verzögerer, Reibungsverringerer, Anti-Schlamm-Mittel und ähnliche einschließen. Wässrige Säuren schließen Salzsäure, Fluorwasserstoffsäure, Ameisensäure und Mischungen daraus und andere Arten von Säuren ein, die für das speziell zu behandelnde Bohrloch geeignet sind. Salzsäure in einer Konzentration von etwa 3 bis 28 % wird üblicherweise in dem Verfahren der vorliegenden Ausführungsform verwendet, allerdings können Mischungen aus Salzsäure mit anderen Säuren ebenfalls verwendet werden. Eine adäquate Menge der wässrigen Säure wird in das Bohrloch eingespritzt, so dass der Teil des Bohrlochs, der vorher mit der Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit behandelt wurde, mit der Säure in Kontakt gebracht wird. In einer üblichen Ausführungsform wird die Säure unter Verwendung von Rohrschlange in das Bohrloch eingespritzt.
Alternativ kann es, wenn die in dem Bohrloch verwendete Einbohrflüssigkeit größeneingestelltes Salz anstelle von größeneingestelltem Calciumcarbonat als Beschwerungsadditiv enthält, wünschenswert sein, eine ungesättigte Salzlösung nach der Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit zu verwenden, um das größeneingestellte Salz zu entfernen, so dass die Permeabilität an der Formationsfläche gesteigert werden kann.
Die Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit baut das Polymer ab, so dass Feststoffe, die in dem Filterkuchen enthalten sind, entfernt werden können. Nachdem die adäquate Zeit vergangen ist, wird eine Behandlung durchgeführt, um die Feststoffe zu entfernen. Es ist überraschend festgestellt worden, dass durch ein Verwenden der vorliegenden Ausführungsform bei Einspritz-Bohrlöchern die Menge und Konzentration einer Stimulationsbehandlung, wie Säure- oder Salzlösungsbehandlung, wesentlich verringert werden kann, während derselbe oder ein größerer Anstieg in der Produktion oder Einspritzbarkeit (wenn die Behandlung an einem Einspritz-Bohrloch durchgeführt wird) erreicht wird. Die Reinigungs-Behandlungsflüssigkeit erlaubt ein größeres und einheitlicheres Eindringen einer Säure oder anderen Stimulationsflüssigkeit in eine Formation. Daher kann diese Ausführungsform des offenbarten Verfahrens vorteilhaft verwendet werden, um verbesserte Produktion und verbesserte Kostenwirksamkeit zu erreichen, indem verringerte Volumina und/oder Konzentrationen an Säure möglich werden, um dieselben Ergebnisse zu erzielen.
Es wird zum Vorteil der vorliegenden Offenbarung verstanden werden, dass Behandlungsflüssigkeiten, die den Enzymkomplex umfassen, der von der Kultur hergestellt wird, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, während Fertigstellungsarbeiten oder nach der Fertigstellung eingesetzt werden können. Es wird auch verstanden werden, dass diese Flüssigkeiten sowohl in Produktions-Bohrlöchern als auch in Einspritz-Bohrlöchern verwendet werden können, sowohl solchen, die neu fertig gestellt sind, als auch solchen, die ein Zeit lang im Produktions- oder Einspritz-Einsatz waren. In jedem Fall gilt, dass, sobald eine Behandlung, die den Enzymkomplex umfasst, in ein Bohrloch eingeführt wurde, um Xanthan-basierte Materialien zu kontaktieren und abzubauen, die abgebauten Materialien in jeglicher geeigneten Weise aus dem Bohrloch entfernt werden können, wenn dies gewünscht ist. Zum Beispiel kann abgebautes Material durch ringförmige Zirkulation entfernt werden, durch die Produktion von Formationsflüssigkeiten entfernt werden oder in eine Formation gebullheaded werden.
Eine Xanthanase-Enzym-basierte Behandlungsflüssigkeit kann in jeglicher geeigneten Weise, die dam Fachmann bekannt ist, hergestellt werden.
Der Xanthanase-Enzymkomplex, der von der Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, hergestellt wird, kann auch bei dem Abbau Xanthan-basierter Materialien in Nicht-Bohrloch Anwendungen verwendet werden. Z. B. kann er für den Abbau, das Brechen und/oder die Viskositätsverringerung von Xanthan-basierten Materialien verwendet werden, die in Bohrlochbehandlungs-Flüssigkeiten oder anderen industriellen Flüssigkeiten vorliegen, die eher an der Oberfläche vorliegen als in einem Bohrloch. Zum Beispiel schließen diese Nicht-Bohrloch Anwendungen ein, sind aber nicht beschränkt auf, die Behandlung zur Verringerung der Viskosität von Flüssigkeiten, die Xanthan-basierte Materialien enthalten, die in Lagereinrichtungen an der Oberfläche vorliegen, einschließlich aber nicht beschränkt auf, Bohrschlammschächte, Oberflächengefäße, Bohrschlammtanks, Frac-Tanks, konventionelle Lagertanks, Verfahrensgefäße usw., wie zum Beispiel in den US-Patenten 5,165,477 und 5,126,051 beschrieben. In derartigen Fällen kann die Temperatur der Xanthan-basierten Flüssigkeit eingestellt werden, um den Abbau und/oder die Viskositätsverringerung zu erleichtern. Üblicherweise kann die Temperatur einer Xanthan enthaltenden Flüssigkeit auf einen Wert im Bereich von etwa 24 °C (75 °F) bis etwa 49 °C (120 °F) eingestellt werden, noch üblicher auf einen Wert im Bereich von etwa 27 °C (80 °F) bis etwa 38 °C (100 °F). Andere Nicht-Bohrloch Anwendungen des offenbarten Xanthanase-Enzymkomplexes schließen den Abbau, das Brechen oder die Viskositätsverringerung von Xanthan-basierten Flüssigkeiten ein, die in industriellen Anwendungen verwendet werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Xanthan-basierte Klärflüssigkeiten, die in Hochtemperatur-Raffinerieoperationen verwendet werden.
Beispiele
Die folgenden Beispiele sind veranschaulichend und sollten nicht als den Bereich der Erfindung oder ihre Ansprüche beschränkend aufgefasst werden.
Die Labortechniken, die in einigen der folgenden Beispiele verwendet werden, wurden entwickelt, um möglichen durch Bohrschlämme verursachten Schaden zu simulieren und zu charakterisieren. Eine Reihe verschiedener Testverfahren wurde verwendet, um die Wirksamkeit von Brechersystemen zum Abbau polymerer Filterkuchen zu bestimmen, die von Bohr- und/oder Bohrloch-Behandlungsflüssigkeiten generiert wurden. Die Laborbedingungen, die in diesen Beispielen verwendet werden, wurden entwickelt, um lochabwärtige Bedingungen zu simulieren. Diese Tests schlossen die Entfernung von Bohrloch-Filterkuchen und Untersuchungen zur Kern-Fluss/Permeabilitäts-Wiederherstellung ein.
Beispiel 1 – Bakterienkultur ATCC 55941
Wie zuvor beschrieben, wurden die Organismen, die in der Kultur enthalten waren, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, nach dem BIOLOG-Verfahren als Citrobacter freundii und Enterococcus faecalis identifiziert. In diesem Zusammenhang sind die Bakterien, die als Citrobacter freundii identifiziert wurden, Gram-negativ und bilden auf Agar-Platten große runde Kolonien vom Mucoidtyp. Die als Enterococcus faecalis identifizierte Kolonie ist Gram-positiv und bildet auf Agar-Platten eine kleine Kolonie.
Die gemischte Kultur verwendet Laktose, Dextrose (mit und ohne Nitrat), Maltose, Mannitol, Salicin, Zitrat, Harnstoff und Sukrose; und verwendet nicht Stärke oder Schwefelwasserstoff. Die gemischte Kultur ist positiv im ONPG-Test getestet worden, was bedeutet, dass eine beta-Galaktosidase vorliegt. (Sowohl beta-Galaktosidase als auch Permease müssen vorliegen, um Laktose zu fermentieren. Echte Nicht-Laktose-Fermentoren besitzen keine beta-Galaktosidase). Die gemischte Kultur wurde im Voges Proskauer Test negativ getestet, der ein Test auf die Bildung von Acetyl-methyl-carbinol (Acetoin) aus Glukose ist. Die gemischte Kultur ist auch positiv auf die Fähigkeit getestet worden Aesculin zu hydrolysieren.
Beispiel 2 – Optimierte Herstellung und Gewinnung von Enzym
Das in Tabelle 3 aufgeführte Medium wurde für die optimale Herstellung des Enzymkomplexes verwendet, der aus der Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, hergestellt wird. Die anfängliche oder erste Stufe der Kultivierung wurde mit einer 10 % Vol./Vol. Animpfung durchgeführt. Die Inkubationstemperatur beträgt für 2 bis 3 Tage oder bis Viskositätsverringerung beobachtet wird und bakterielles Wachstum offensichtlich ist 28 °C. Die Fermentation oder zweite Stufe der Kultivierung wurde mit einer 3 bis 5 % Vol./Vol. Animpfung durchgeführt. Die Temperatur wurde für 2 bis 3 Tage oder bis ausreichende Viskositätsverringerung vorlag bei 28 °C gehalten. Enzyme, die unter diesen Kultivierungsbedingungen hergestellt wurden, zeigten Temperaturstabilität bei 121 °C und 3,45 MPa (500 psi) Druck und man stellte fest, dass sie ein Molekulargewicht von mehr als 10000 Daltons hatten. Bei diesem Labor-Enzym-Herstellungsverfahren wurde die Fermentationsbrühe aus der gemischten Kultur zentrifugiert, um die bakteriellen Zellen zu entfernen. Die Brühe wurde dann mittels Tangentialfluss mit Membranen verschiedener nominaler Molekulargewichtsausschlussgrenzen filtriert. Weiteres Testen ergab, dass das Molekulargewicht des Enzym-Komplexes im Bereich größer als 10000 Dalton lag.
Für die Herstellung des offenbarten Enzymkomplexes im großen Maßstab wurde die Brühe unter Verwendung von Kultivierungsverfahren, wie oben beschrieben, hergestellt. Die Brühe wurde dann mittels Ultrafiltration unter Verwendung von 0,1 Mikron NMW (nominal molecular weight) Ausschlussmembranen getrennt, um die bakteriellen Zellen zu entfernen. Das Enzym hatte eine spezifische Aktivität von 10400 IU/g. Der so hergestellte Enzymkomplex ist gebrauchsfertig, allein oder in einer Mischung mit anderen Materialien, um Xanthan unter Verwendung der hierin beschriebenen Ausführungsformen und Verfahren zu behandeln. Der Enzymkomplex kann für die Verwendung gelagert werden oder kann frisch zubereitet direkt verwendet werden.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Herstellung des Xanthanase-Enzymkomplexes oben beschrieben worden sind, wird zum Vorteil der vorliegenden Offenbarung verstanden werden, dass jegliches andere Verfahren der Herstellung, Isolierung und/oder Konzentration des offenbarten Enzymkomplexes, das dem Fachmann bekannt ist, eingesetzt werden kann.
Beispiel 3 – abgewandeltes Verfahren der Enzym-Herstellung
Fermentationsbrühe aus der gemischten Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, wurde geklärt, indem sie zuerst durch einen 10 Mikron- und dann durch einen 0,2 Mikron-Filter filtriert wurde, um bakterielle Zellen zu entfernen. Die geklärte Brühe wurde dann unter Verwendung von Tangentialflussfiltration auf eine Grenze von 10000 Nominalmolekulargewicht konzentriert.
Beispiel 4 – Enzym-Charakterisierung durch SDS-PAGE-Technik
Das Molekulargewicht des von der Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, hergestellten Enzymkomplexes wurde mittels denaturierender Natriumdodecylsulfat-Polyacrylamid-Gelelektrophorese (SDS-PAGE) auf 4 bis 20 % und 7,5 % Polyacrylamid-Gelsystemen gemessen und mit Standardproteinmischungen bekannten Molekulargewichts verglichen. Die Gele wurden mit einer Coomassie Blau Färbelösung angefärbt, die 50 Vol.% Methanol, 10 Vol.% Essigsäure und Wasser umfasste.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Enzyme des Enzymkomplexes Molekulargewichte von 66,2 Kilodalton, 57,5 Kilodalton, 42,7 Kilodalton und 34,0 Kilodalton haben, womit alle Enzyme Molekulargewichte von weniger als 70 Kilodalton haben.
Beispiel 5 – Bohrloch-Filterkuchen-Entfernung
Eine modifizierte Temperaturhochdruck(HTHP)-Flüssigkeitsverlustzelle für starke Brechersysteme wurde verwendet, um die Wirksamkeit von Brechersystemen, einschließlich mehrerer Brechersysteme, die den Xanthanase-Enzymkomplex, der von der Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, hergestellt wird, enthalten, bei der Filterkuchen-Entfernung zu bestimmen. Dieser Apparat wurde wegen der Fähigkeit gewählt, die Bedingungen anzunähern, die lochabwärtig am Bohrloch herrschen. Die Formationsfläche wurde simuliert, indem eine Berea Sandsteinscheibe bekannter Permeabilität in der Zelle platziert wurde. In jedem Test wurde ein Xanthan-Filterkuchen auf der Sandsteinfläche aufgebaut. Die untersuchten Bohr-Flüssigkeitsbrecher schlossen den offenbarten Xanthan-bindungsspezifischen Enzymkomplex, 5 % Lithiumhypochlorit und 6 % Natriumhypochlorit ein. Die Tests wurden bei Temperaturen durchgeführt, die von 65 °C (150 °F) bis 121 °C (250 °F) reichten, wobei modifizierte API RP59-Verfahren verwendet wurden, wie sie in Beall et al., „Evaluation of a New Technique for Removing Horizontal Wellbore Damage," Artikel SPE 36429 vorgestellt bei der SPE 71th Annual Technical Conference and Exhibition, Denver, 6. bis 9. Oktober 1996 beschrieben sind, verwendet wurden.
Die Ergebnisse der Bohrloch-Filterkuchen-Entfernungstests auf Bohrflüssigkeiten ist in den Tabellen 4 und 5 gezeigt. Die Bohrflüssigkeit, die in den Tests 1 bis 6 verwendet wurde, bestand nur aus 8,0 Pfund pro Barrel (ppb) Xanthan („XC") Polymer. Die Tests 1 bis 3 wurden bei 65,5 °C (150 °F) mit 50 and Berea Kernscheiben durchgeführt. Die oxidativen Brecher ergaben nach 24-Stunden Einschlusszeit Reinigungswirksamkeiten, die von 32 % für eine 6 %ige Natriumhypochlorit-Lösung bis zu 54 % für eine 5 %ige Lithiumhypochlorit-Lösung reichten. Das Xanthanase-Enzym-Brechersystem ergab eine 85 %ige Reinigungswirksamkeit nach einer ähnlichen 24 Stunden Einschlusszeit, den/die überlegenen Abbau und/oder Entfernung des Xanthans anzeigend.
Die Tests 4 bis 6 wurden bei 79 °C, 93 °C und 121 °C (175 °F, 200 °F und 250 °F) durchgeführt, hauptsächlich, um die Reinigungswirksamkeit des offenbarten Xanthan-Enzym-Brechers bei erhöhten Temperaturen zu untersuchen. Bezeichnenderweise zeigte der Xanthanase-Enzymkomplex seine höchste Reinigungswirksamkeit von 96 % bei einer Temperatur von 121 °C (259 °F). Diese Daten zeigen an, dass die offenbarte Erfindung bei einer Temperatur von 121 °C (250 °F) eine gute Leistung erbringt. Die Daten legen es außerdem nahe, dass der Xanthanase-Enzymkomplex mit einer höheren Wirksamkeit arbeitet, wenn die Temperatur ansteigt, und es wird daher erwartet, dass er unter geeigneten Druckbedingungen bei Temperaturen weit oberhalb von 121 °C (250 °C) gute Leistungen erbringt.
Tabelle 4 – Bohrloch-Filterkuchen-Entfernung
Die Bohrflüssigkeit, die in den Tests 7 bis 12 der Tabelle 5 verwendet wurden, bestanden aus 8,4 ppb XC-Polymer und 15,0 ppg Calciumcarbonat. Filterkuchen wurden auf der Berea-Scheibe in einer zuvor beschriebenen Weise aufgebaut. In jedem der Tests wurden die Filterkuchen gemäß dem zuvor beschriebenen Verfahren mit einem Brecher behandelt, wie in Tabelle 5 angegeben. Wie in Tabelle 3 gezeigt, ist es dem Xanthan-Enzymkomplex vorbehalten, eine Reinigungswirksamkeit von durchschnittlich 97 % bei einem 48 Stunden-Einschluss zu ergeben. Das Testen wurde bei 68 °C (154 °F) mit 50 and Berea-Scheiben durchgeführt. Es wurde beobachtet, dass der offenbarte Xanthan-Enzymkomplex eine durchschnittliche Reinigungswirksamkeit von 97 % bei einem 48 Stunden-Einschluss ergab. Test 12, bei dem ein leichtes Rohöl mit dem Polymer gemischt wurde, zeigt an, dass man auf keine Kompatibilitätsprobleme stößt, wenn das Enzym-System mit Kohlenwasserstoffen in Kontakt kommt.
Tabelle 5 – Bohrloch-Filterkuchen-Entfernung
Beispiel 6 – Kern-Fluss/Permeabilitäts-Wiedergewinn-Test
Ein Kern-Permeabilitätsmessgerät wurde verwendet, um die wiedergewonnene Permeabilität unter dynamischen Bedingungen bei 49 °C (120 °F) zu untersuchen. Die Kernflusstests wurden unter Verwendung von feldspatischen Sandsteinpfropfen, die hauptsächlich aus Quarz mit kleinen Mengen an Siderit (FeCO₃), Chlorit und Micaillith bestehen, vorgenommen. Die Kerne wurden in einen hydrostatischen Halter gegeben und ihnen wurde gestattet sich über Nacht thermisch zu äquilibrieren. Die Kerne wurden dann mit raffiniertem Mineralöl gespült, um eine nicht abnehmende Wassersättigung einzustellen. Die Bohrflüssigkeit, die verwendet wurde, um den Filterkuchen herzustellen, bestand aus Kaliumchlorid und 8,0 ppb XC. Die Prüfung wurde durchgeführt, um die wiedergewonnene Permeabilität zu untersuchen.
Unter Verwendung von 2 % KCl wurde eine Grundpermeabilität von 6,91 and eingestellt. Als nächstes wurde auf der Einspritz-Kern-Fläche ein Filterkuchen unter Verwendung der oben beschriebenen Bohrflüssigkeit aufgebaut. Als nächstes wurde eine Enzym-Behandlung, umfassend 2 % KCl und 100 Gallonen/tausend Gallonen (gpt) Roh-Xanthan-Enzym, hergestellt von der Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, über die Kernfläche gespült und für 48 Stunden eingeschlossen. Die End-Permeabilität in der Produktionsrichtung wurde als 7,60 and bestimmt (oder 110 % des ursprünglichen 6,91 md-Wertes). Die Enzym-Behandlung wurde über die Kernfläche gespült und für 48 Stunden eingeschlossen. Die End-Permeabilität in der Produktionsrichtung erreichte 100 % des ursprünglichen 6,91 md-Wertes. Dieser Test ist graphisch in 1 dargestellt. Dieses Beispiel zeigt die wiedergewonnene Permeabilität, die einer Behandlung eines Filterkuchens mit dem Xanthanase-Enzymkomplex gemäß einer Ausführungsform des offenbarten Verfahrens und der offenbarten Zusammensetzungen folgt. Die Ergebnisse dieses Beispiels zeigen die Wirksamkeit des Enzyms.
Beispiel 7 – Kern-Fluss/Permeabilitäts-Wiedergewinn-Vergleichstest
Unter Verwendung von Techniken, ähnlich denen, die in Beispiel 3 verwendet wurden, wurde die Testung auf wiedergewonnene Permeabilität an feldspatischen Sandsteinpfropfen, ähnlich denen, die in Beispiel 3 verwendet wurden, unter dynamischen Bedingungen bei 52 °C (125 °F) vorgenommen. In diesem Beispiel wurde die wiedergewonnene Permeabilität, der Aufbringung eines Xanthan-Filterkuchens folgend, mit und ohne Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung gemessen.
Wie in 2 gezeigt, wurde eine Grundpermeabilität des ersten Pfropfens unter Verwendung von 3 % NH₄Cl auf 48,6 and eingestellt. Als nächstes wurde unter Verwendung von Xanthan-basierter Bohrflüssigkeit, eingespritzt bei 1,38 MPa (200 psi), ein Filterkuchen auf der Einspritz-Kern-Fläche aufgebaut. Der Kern-Pfropfen wurde dann für 49 Minuten eingeschlossen. Als nächstes wurde der Kern-Pfropfen in der Einspritz-Richtung mit einer 3 % NH₄Cl-Lösung bei 1,38 MPa (200 psi) behandelt und für 48 Stunden eingeschlossen. Dem Einschließen folgend betrug die End-Permeabilität 13,1 and (oder 26,9 % der ursprünglichen 48,6 and Permeabilität).
Wie in 3 gezeigt, wurde die anfängliche Permeabilität eines zweiten Kern-Pfropfens unter Verwendung von 3 % NH₄Cl auf 49,7 and eingestellt. Als nächstes wurde ein Filterkuchen auf der Einspritz-Kern-Fläche des zweiten Pfropfens durch Injektion einer Xanthan-basierten Bohrflüssigkeit bei 1,38 MPa (200 psi) aufgebaut, gefolgt von einer Einschlusszeit von 49 Minuten. Eine Enzym-Behandlungsflüssigkeit, umfassend 2 % KCl und 100 Gallonen/tausend (gdt) an Roh-Xanthan-Enzymkomplex, hergestellt von der Kultur, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, wurde dann über die Kern-Fläche gespült und bei 1,38 MPa (200 psi) 40 Stunden lang eingeschlossen. Die End-Permeabilität des zweiten Kerns in der Produktionsrichtung wurde als 51,7 and bestimmt (oder 104,7 % des ursprünglichen 49,7 md-Werts). Die Ergebnisse dieses Beispiels zeigen die Wirksamkeit der Behandlung.
Beispiel 8 – Fallgeschichten
Die offenbarten Verfahren und Zusammensetzungen wurden zur Entfernung von Xanthan-basiertem Formationsschaden in einem horizontalen Produktionsbohrloch entwickelt. Auch wurden die Ergebnisse von konventionellen Formationsschaden-Entfernungs-Behandlungen an zwei stillgelegten Bohrlöchern untersucht. Die stillgelegten Bohrlöcher wurden entweder mit einer Lithium- oder einer Natrium-Hypochlorit-Brecherlösung behandelt.
Die stillgelegten Bohrlöcher bestanden aus einem 6125 Inch horizontalen Abschnitt von 1270 bzw. 1335 Fuß mit offenem Loch. Die Temperatur, die am Boden des Bohrloch herrschte, betrug in all den Bohrlöchern 68 °C (154 °F). Eine Bohrflüssigkeit, die 8 ppb Xanthan-Polymer und 15,0 ppb Calciumcarbonat umfasste, wurde verwendet. Das erste stillgelegte Bohrloch wurde mit 50 Barrel einer wässrigen Lösung von 6 % Natriumhypochlorit als einer Filterkuchen Reinigungs-Behandlung durch das Bohrrohr behandelt. Das erste stillgelegte Bohrloch wurde nach der Platzierung einer Reinigungs-Behandlung 12 Stunden lang eingeschlossen. Nach der Einschluss-Zeit zeigte das Bohrloch eine anfängliche Produktion („IP") von 192 Barrel Öl pro Tag. Das Bohrloch stabilisierte sich nach sechs Tagen bei einer Produktionsgeschwindigkeit von 221 Barrel Öl pro Tag („BOPD"), nahm aber nach zwei Monaten auf 16 BOPD ab. Die kumulative Produktion über 60 Tage ergab insgesamt 7119 Barrel, wie in Tabelle 6 gezeigt ist.
Das zweite stillgelegte Bohrloch wurde mit derselben Bohrflüssigkeit gebohrt wie das erste stillgelegte Bohrloch und mit 50 Barrel einer 10 % Lithiumhypochlorit-Lösung durch das Bohrrohr behandelt. Dieses Bohrloch wurde auch 12 Stunden lang eingeschlossen. Dieses Bohrloch stabilisierte sich nach neun Tagen bei 366 BOPD, aber ging innerhalb von 17 Tagen zurück auf 98 BOPD und stoppte die Produktion nach 29 Tagen. Die kumulative Produktion über die Lebensdauer des zweiten stillgelegten Bohrlochs ergab insgesamt 4712 Barrel Öl.
Das Bohrloch für den Enzymkomplex-Test bestand aus 1100 Fuß eines horizontalen 6125 Inch Abschnitts mit offenem Loch und einer Temperatur, die am Boden des Bohrlochs herrschte, von 68 °C (154 °F). Dieses Bohrloch wurde unter Verwendung derselben aus Xanthan-Polymer und Calciumcarbonat bestehenden Bohrflüssigkeit gebohrt wie bei den stillgelegten Bohrlöchern. In diesem Fall wurde eine Enzymkomplex-Behandlung unter Verwendung des Xanthanase-Enzymkomplexes, der von der Kultur hergestellt wird, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, in 2 %igem KCl-Wasser zusammen mit einem flüssigen Tensid eingesetzt. Vierzig Barrel der Enzym-Behandlungsflüssigkeit wurden benötigt, um das offene Loch zu füllen. Zusätzliche 10 bbls wurden gemischt, um Schachtvolumina und Überschuss Rechnung zu tragen. Die Behandlung wurde mit 4,5 BPM durch das Bohrrohr gepumpt. Einem 48 Stunden Einschlusszeitraum folgend, wurde das Bohrloch geöffnet und begann 113 BOPD zu produzieren. Das Bohrloch stabilisierte sich nach 12 Tagen bei 330 BOPD. Die kumulative Produktion dieses Bohrlochs betrug nach 60 Tagen 14670 Barrel Öl.
Tabelle 6 – Bohrlochergebnisse und kumulative Produktion
Obwohl bestimmte Ausführungsformen des Verfahrens und des Xanthanase-Enzymkomplexes der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, wird zum Vorteil der vorliegenden Offenbarung verstanden werden, dass der offenbarte Xanthanase-Enzymkomplex, der von der Kultur hergestellt wird, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, auf viele Weisen und in vielen Kombinationen verwendet werden kann, einschließlich alleine oder in simultaner oder sequentieller Kombination mit anderen Enzymen, Enzymkomplexen, chemischen Brechern, Behandlungsflüssigkeiten (des Bohrloch- oder Verfahrens-Typs) oder anderen Zusammenstellungen. Zusätzlich wird verstanden werden, dass der Xanthanase-Enzymkomplex verwendet werden kann, um irgendeine Xanthan enthaltende Flüssigkeit abzubauen und/oder zu entfernen, einschließlich solcher Flüssigkeiten, die andere Polymere zusätzlich zu Xanthan enthalten.

Claims

Ein Verfahren zum Abbau von Xanthan-Molekülen, umfassend den Schritt: In Kontaktbringen der Xanthan-Moleküle mit einem Xanthanase-Enzymkomplex, hergestellt aus einer gemischten Kultur von Bakterien aus dem Boden, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, unter Bedingungen, bei denen mindestens ein Teil der Moleküle abgebaut wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Xanthan-Moleküle in einem Bohrloch vorliegen.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Xanthan-Moleküle in einer Xanthan enthaltenden wäßrigen Flüssigkeit vorliegen, und wobei die Viskosität der Xanthan enthaltenden Flüssigkeit während des Schrittes des in Kontaktbringens verringert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des in Kontaktbringens bei einer Temperatur von bis zu etwa 121°C (etwa 250°F) durchgeführt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des in Kontaktbringens bei einer Temperatur von mindestens etwa 65°C (etwa 150°F) und einem Druck durchgeführt wird, bei dem der Enzymkomplex zum Abbau der Xanthan-Moleküle aktiv ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des in Kontaktbringens ferner die Schritte umfaßt: Bildung einer Xanthan enthaltenden Flüssigkeit durch Kombination der Xanthan-Moleküle mit einer wäßrigen Flüssigkeit und dem Xanthanase-Enzymkomplex; und Zulassen, daß der Xanthanase-Enzymkomplex mindestens einen Teil der Xanthan-Moleküle abbaut, so daß die Viskosität der Xanthan enthaltenden Flüssigkeit verringert wird.
Das Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Xanthan enthaltende Flüssigkeit eine Flüssigkeit zur Behandlung von Bohrlöchern ist, und wobei das Verfahren ferner den Schritt umfaßt: Einbringen der Xanthan enthaltenden Flüssigkeit in ein Bohrloch nach dem Schritt der Bildung der Xanthan enthaltenden Flüssigkeit.
Das Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt der Bildung einer Xanthan enthaltenden Flüssigkeit durch Kombination der Xanthan-Moleküle mit einer wäßrigen Flüssigkeit, und wobei der Schritt des in Kontaktbringens die Schritte umfaßt: Einwirkung des Xanthanase-Enzymkomplexes auf die Xanthan enthaltende Flüssigkeit; und Zulassen, daß der Xanthanase-Enzymkomplex mindestens einen Teil der Xanthan-Moleküle abbaut, die in der Xanthan enthaltenden Flüssigkeit enthalten sind.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des in Kontaktbringens innerhalb eines Bohrlochs durchgeführt wird.
Das Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Schritt des in Kontaktbringens innerhalb eines Herdfrisch-Arbeitsstroms auftritt.
Das Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend den Schritt des Zulassens, daß die Xanthan enthaltende Flüssigkeit vor dem Schritt der Einwirkung einen Xanthan enthaltenden Filterkuchen, einen Xanthan enthaltenden Rückstand, oder deren Gemisch bildet, und wobei der Schritt der Einwirkung ferner die Schritte umfaßt: Einwirkung des Xanthanase-Enzymkomplexes auf den Xanthan enthaltenden Filterkuchen, auf den Xanthan enthaltenden Rückstand oder auf deren Gemisch; und Zulassen, daß der Xanthanase-Enzymkomplex mindestens einen Teil der Xanthan-Moleküle abbaut, die in dem Xanthan enthaltenden Filterkuchen, dem Xanthan enthaltenden Rückstand oder in deren Gemisch enthalten ist.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Filterkuchen, der Rückstand oder das Gemisch innerhalb einer unterirdischen Formation gefunden werden, die ein Bohrloch umgibt, und wobei das Verfahren ferner die Schritte umfaßt: Zulassen, daß Produktionsflüssigkeiten aus dem Bohrloch fließen; Reduzieren des Flusses der Produktionsflüssigkeiten aus der Formation unter die erwartete Fließrate vor dem Schritt der Einwirkung; und Entfernung des abgebauten Filterkuchens aus der unterirdischen Formation zur Bohrloch-Oberfläche nach dem Schritt der Einwirkung.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Filterkuchen, der Rückstand oder das Gemisch innerhalb eines Bohrlochs gefunden werden, und wobei das Verfahren nach dem Schritt des Zulassens ferner den Schritt der Zuführung von Zement in das Bohrloch umfaßt.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Filterkuchen, der Rückstand oder das Gemisch innerhalb eines Bohrlochs gefunden werden, und wobei das Verfahren nach dem Schritt des Zulassens ferner den Schritt der Einführung einer zweiten Bohrloch-Behandlungsflüssigkeit in das Bohrloch umfaßt.
Das Verfahren nach Anspruch 14, wobei die zweite Bohrloch-Behandlungsflüssigkeit eine Stimulationsflüssigkeit umfaßt.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Xanthan-Moleküle sich wiederholende Glukose-Einheiten besitzen, die durch β-1-4 glykosidische Bindungen miteinander verknüpft sind, und wobei der Xanthanase-Enzymkomplex die β-1-4 glykosidischen Bindungen angreift.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Xanthan-Moleküle in einer Flüssigkeit vorliegen, die Materialien aus einzelnen Feststoffen enthalten, gelagert in einer Oberflächen-Lagervorrichtung, und wobei das Verfahren ferner den Schritt umfaßt: Zulassen, daß sich die Materialien aus einzelnen Feststoffen nach dem Schritt des in Kontaktbringens in der Oberflächen-Lagervorrichtung absetzen.
Das Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Flüssigkeit eine Bohrloch-Behandlungsflüssigkeit ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Xanthan-Moleküle in einem Formationsschaden enthalten sind, der in einem Bohrloch oder einer unterirdischen Formation, die von dem Bohrloch durchdrungen ist, vorliegt, wobei das Verfahren ferner den Schritt umfaßt: Einführen einer Bohrloch-Behandlungsflüssigkeit, die den Xanthanase-Enzymkomplex umfasst, in das Bohrloch unter Bedingungen, bei denen mindestens ein Teil des Xanthan enthaltenden Formationsschadens abgebaut wird.
Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei mindestens ein Teil des Bohrlochs eine freie Öffnung ist, wobei mindestens ein Teil des Xanthan enthaltenden Formationsschadens in der freien Öffnung vorliegt, und wobei der Schritt des Einführens das Einführen der Bohrloch-Behandlungsflüssigkeit in die freie Öffnung umfaßt.
Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Schritt des Einführens das Einführen der Bohrloch-Bandlungsflüssigkeit in das Bohrloch durch eine konzentrische Röhre, die innerhalb des Bohrlochs positioniert ist, umfaßt.
Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei mindestens ein Teil des Bohrlochs horizontal oder mit einem abweichenden Winkel größer als etwa 45° zur Vertikalen angebracht ist.
Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Bohrloch-Behandlungsflüssigkeit den Xanthanase-Enzymkomplex in einer wäßrigen Flüssigkeit umfaßt.
Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Xanthan enthaltende Formationsschaden einen Xanthan enthaltenden Filterkuchen oder Rückstand umfaßt, und wobei der Schritt des Einführens ferner die Schritte umfaßt: Einspritzen der Bohrloch-Behandlungsflüssigkeit in einen gewünschten Bereich innerhalb des Bohrlochs; Zulassen, dass der Xanthanase-Enzymkomplex den Xanthan enthaltenden Formationsschaden abbaut, so dass der Formationsschaden aus dem Bohrloch oder der unterirdischen Formation an die Bohrlochoberfläche entfernt werden kann.
Das Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend den Schritt nach dem Schritt des Einführens der Bohrloch-Behandlungsflüssigkeit, die einen Xanthanase-Enzymkomplex umfaßt, Zement in das Bohrloch einzuführen.
Das Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Xanthan-Moleküle innerhalb eines Formationsschadens in einem ringförmigen Bereich zwischen einer inneren Oberfläche des Bohrlochs und einer Röhre in dem Bohrloch vorliegt, wobei der Schritt des Einführens den Schritt umfaßt, die Bohrloch-Behandlungsflüssigkeit durch den ringförmigen Bereich zu zirkulieren, um mindestens einen Teil des Formationsschadens zu entfernen, und wobei das Verfahren ferner den Schritt umfaßt: Einführen von Zement in den ringförmigen Bereich, um die Röhre in dem Bohrloch auszuzementieren.
Das Verfahren nach Anspruch 19, ferner umfassend den Schritt des Einführens einer zweiten Bohrloch-Behandlungsflüssigkeit in das Bohrloch nach dem Schritt des Einführens der Xanthanase-Bohrloch-Behandlungsflüssigkeit in das Bohrloch.
Das Verfahren nach Anspruch 27, wobei die zweite Bohrloch-Behandlungsflüssigkeit eine Stimulationsflüssigkeit umfaßt.
Das Verfahren nach Anspruch 1 zur Verringerung der Viskosität einer Xanthan enthaltenden Flüssigkeit.
Das Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Xanthan enthaltende Flüssigkeit innerhalb eines Oberflächengefäßes, eines irdenen Bohrschlamms oder innerhalb eines Ersatzschachtes vorliegt.
Das Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Verringerung der Viskosität dadurch erzielt wird, dass der Xanthanase-Enzymkomplex unter Bildung einer Xanthan enthaltenden Flüssigkeit mit einer wäßrigen Flüssigkeit und einem Xanthan enthaltenden Polymer kombiniert wird, und wobei das Verfahren ferner die Schritte umfaßt: Einführen der Xanthan enthaltenden Flüssigkeit in ein Bohrloch; und Zulassen, daß der Xanthanase-Enzymkomplex das Xanthan enthaltende Polymer abbaut.
Das Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Xanthan enthaltende Flüssigkeit eine Bohrloch-Behandlungsflüssigkeit entweder für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren oder für eine Kiestamponage ist.
Das Verfahren nach Anspruch 1 zur Behandlung eines Bohrlochs, das eine unterirdische Formation durchdringt und das eine Bohrloch-Oberfläche aufweist, wobei das Verfahren ferner die Schritte umfasst: Formulieren einer gelierbaren Flüssigkeit durch Mischen einer wäßrigen Flüssigkeit, eines Xanthan-Polymers, eines geeigneten Vernetzungsmittels, um ein Xanthan-Polymergel zu bilden, und des Xanthanase-Enzymkomplexes; Einführen des Xanthan-Polymergels in das Bohrloch; und Zulassen, dass der Xanthanase-Enzymkomplex das Xanthan in dem Polymergel abbaut, wobei die Flüssigkeit aus der unterirdischen Formation zur Bohrloch-Oberfläche entfernt werden kann.
Das Verfahren nach Anspruch 33, wobei die gelierbare Flüssigkeit eine Blockungsflüssigkeit ist.
Das Verfahren nach Anspruch 33, wobei die gelierbare Flüssigkeit eine Flüssigkeit für ein Hydraulik-Frakturierungs-Verfahren ist.
Ein Verfahren zur Erzeugung einer Xanthanase, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Kultivieren einer gemischten Kultur von Bakterien aus dem Boden, die die Hinterlegungsnummer ATCC 55941 trägt, in einem Medium, das Xanthan-Moleküle enthält, unter Bedingungen, die zum Wachstum der Kultur und zur Erzeugung der Xanthanase durch die Kultur geeignet sind; und Gewinnen der Xanthanase aus dem Medium.
Eine gemischte mikrobielle Kultur von Citrobacter freundii und Enterococcus faecalis, erhalten aus der Hinterlegung mit der Nummer ATCC 55941, wobei die Kultur dadurch gekennzeichnet ist, dass sie die Fähigkeit aufweist, eine oder mehrere der Enzym-Komponenten mit einer Xanthan abbauenden Aktivität zu erzeugen.
Ein Xanthanase-Enzymkomplex mit stabilen und aktiven Eigenschaften bei 121°C (250°F) und 20,7 MPa (3000 psi), der enthalten ist in, oder erzeugt wird von, einer Lösung, die die gemischte bakterielle Kultur mit der Hinterlegungsnummer ATCC 55941 umfasst.