europeisk patentskrift

Transkript

1 (12) Oversettelse av europeisk patentskrift (11) NO/EP B1 (19) NO NORGE (1) Int Cl. C09K 8/03 ( ) C09K 8/ ( ) C09K 8/42 ( ) C09K 8/88 ( ) C09K 8/60 ( ) C09K 8/68 ( ) Patentstyret (21) Oversettelse publisert (80) Dato for Den Europeiske Patentmyndighets publisering av det meddelte patentet (86) Europeisk søknadsnr (86) Europeisk innleveringsdag (87) Den europeiske søknadens Publiseringsdato (30) Prioritet , US, P (84) Utpekte stater AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR (73) Innehaver Hercules Incorporated, Hercules Plaza 1313 N. Market Street, Wilmington, DE , USA (72) Oppfinner MELBOUCI, Mohand, 134 Shinn Circle, Wilmington, DE 19808, USA (74) Fullmektig Zacco Norway AS, Postboks 2003 Vika, 012 OSLO, Norge (4) Benevnelse STABILE NATRIUMTIOSULFAT-BASERTE FLUIDISERTE POLYMER-SUSPENSJONER AV HYDROKSYETYLCELLULOSE FOR OLJEFELT-ANVENDELSER (6) Anførte publikasjoner EP-A EP-A EP-A US-A US-A

2 1 STABLIE NATRIUMTIOSULFAT-BASERTE FLUIDISERTE POLYMER- SUSPENSJONER AV HYDROKSYETYLCELLULOSE FOR OLJEFELT- ANVENDELSER Oppfinnelsens område Foreliggende oppfinnelse vedrører en sammensetning og anvendelse av natriumtiosulfat-baserte fluidiserte polymersuspensjoner av hydroksyetylcellulose in oljefeltanvendelser slik som kompletteringsfluider, borefluider og oljebrønn-sementoppslemminger som reologi/viskositetsmodifikator og fluidtapsreduksjonsmiddel Oppfinnelsens bakgrunn Hydroksyetylcellulose (HEC) er i stor utstrekning anvendt i oljefelt-vannbaserte fluider. Høyviskositetstyper anvendes generelt, i kompletteringsfluider, for reologi- og fluidtapskontroll-egenskaper. Lavviskositetstyper anvendes typisk i oljefelt-sementoppslemminger og «drill-in»-fluider, for filtreringskontrollegenskaper. Høyviskositetstyper kan imidlertid anvendes, med lavviskositetstyper, i oljefelt-sementoppslemminger som frie vannkontrolladditiver. For enkel håndtering i olje- og gassbrønnrigger og egnet lagring på offshoreanvendelser er væskeadditiver mest foretrukket. På grunn av potensielle miljøfarer når de slippes ut offshore er anvendelsen av væskeadditiver strengt regulert. En rekke av miljømessig akseptable løsningsmiddelbaserte polymersuspensjoner har blitt anvendt i de seneste årene. Disse suspensjonene er enten basert på mineralolje eller glykoler. Disse suspensjonstypene møter imidlertid fortsatt noen anvendelsesrestriksjoner idet ingen av dem møter alle reguleringskrav med hensyn på vanntoksisitet, bionedbrytbarhet og bioakkumulering. Søket etter olje- og gassbrønnprodukter som er fullstendig sammensatt av PLONOR (Pose Little Or No Risk to the environment utgjøre liten eller ingen risiko for miljøet) komponenter er i gang. Alle eksisterende produkter som ikke møter kravene for PLONOR-komponenter er plassert på en utfasingsliste, og må erstattes så snart som "grønne" additiver er tilgjengelige.

3 2 1 U.S. patent,268,466 til Burdick beskriver at stabil suspensjon av vannløselige polysakkarider valgt fra gruppen av HEC, (hydroksyetylcellulose), HPC (hydroksypropylcellulose), MC (metylcellulose), EHEC (etylhydroksyetylcellulose), og lignende, og Guar/Guarderivater kan fremstilles i en løsning av 12 til 40 vekt-% dibasisk kalsiumfosfat. Suspensjonen inkluderer 1-30 vekt-% av nevnte polysakkarid. Suspensjonen inkluderer videre en stabiliserende mengde av xantangummi. Den industrielle anvendelsen av disse stabile suspensjonene ble nevnt for anvendelse i bygnings- og belegningsmaterialer slik som sammenføyningskomponenter og lateksmalinger. U.S. patent,407,47 beskriver en suspensjons-sammensetning av HEC i natrium- eller ammoniumtiosulfatsaltløsninger. Sammensetningen er søkt beskyttet for anvendelse i borefluider (komplettering) og tilveiebringer forbedret termisk stabilitet for HEC. Suspensjonssammensetningen inneholder minst 30 % vekt/vekt natrium- eller ammoniumtiosulfat. Patentet beskriver ikke anvendelse av en slik sammensetning i oljefelt-sementeringsoppslemminger. 20 I US patentpublikasjon 2007/ A1 ble en PLONOR-rangert fluidisert suspensjon av HEC beskrevet. Denne patentsøknaden lærer spesifikt anvendelse av dikaliumfosfat-basert vandig suspensjon av HEC i oljefelt-hjelpefluider. 2 For å tilveiebringe en bredere kompatibilitet med andre sementoppslemmingsadditiver så vel som å forbedre den termiske stabiliteten til HEC er det et klart behov for å utvikle et bredt område av suspensjoner som fremdeles vil rangeres som PLONOR for å møte spesifikke anvendelseskrav. 30 Kort beskrivelse av figurene Figur 1 er en grafisk fremstilling som viser de reologiske profiler av suspensjoner ifølge foreliggende oppfinnelse og komparative forløpermaterialer ved romtemperatur så vel som ved høye temperaturer i NaCl-mettet saltløsning. 3 Oppsummering av oppfinnelsen En suspensjonssammensetning omfattende en fluidpolymersuspensjon omfattende hydroksyetylcellulose (HEC) suspendert i en vandig løsning av natriumtiosulfat, ytterligere omfattende en stabilisator hvori stabilisatoren er en xantangummi eller et PLONOR-rangert konserveringsmiddel slik som natriumbenzoat. Sammensetningen er anvendelig når kombinert med oljefelt-

4 3 hjelpefluid valgt fra gruppen bestående av borefluider, kompletterings- /overhalingsfluider, stimuleringsfluider, slik som oppsprekkingsfluider, oljebrønnsementeringsfluider, gruspakkingsfluider og forbedrede oljeutvinningsfluider. Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en forbedret suspensjon av HEC i en konsentrert vandig natriumtiosulfat-saltløsning som har forbedret kompatibilitet med andre additiver anvendt i oljefelt-hjelpefluider. Natriumtiosulfat har fordelen av å være listet på den godkjente PLONOR-listen over produkter for anvendelse i Nordsjøen. 1 For å utvikle en forbedret langtidsstabilitet av natriumtiosulfat-suspensjoner har modifikasjoner av sammensetningene blitt implementert. En forbedring av natriumtiosulfat-suspensjonene er å inkludere et suspensjonsmiddel så vel som et konserveringsmiddel valgt fra PLONOR-listen over godkjente kjemikalier. Suspensjoner som inneholder dette suspensjonsmidlet har blitt observert å være fysisk stabile i over 3 måneder Det har blitt oppdaget at suspensjoner av HEC i konsentrert vandig natriumtiosulfat-saltløsning, stabilisert med en liten mengde av xantangummi og som eventuelt inneholder et konserveringsmiddel slik som natriumbenzoat tilveiebringer stabile sammensetninger som er fullstendig sammensatt av komponenter listet som PLONOR-substanser. Suspensjonssammensetningen omfatter vann, HEC i en mengde på til 80 vekt- %, natriumtiosulfat i en mengde på til 30 vekt-%, xantangummi til stede i en mengde på 0,01 til 0,0 vekt-%. Eventuelt i tillegg kan et konserveringsmiddel være til stede i en mengde på 0,1 til omtrent 1,0 vekt-%. For å fremstille suspensjonssammensetningen tilsettes komponentene i hvilken som helst rekkefølge, og blandes ved romtemperatur. 3 De følgende eksempler illustrerer den typiske yteevnen til denne type suspensjoner ifølge foreliggende oppfinnelse i kompletteringsfluider og lavtemperatur oljefelt-sementoppslemmings-sammensetninger.

5 4 EKSEMPEL 1 Suspensjonssammensetningen ifølge foreliggende oppfinnelse anvendt i Eksempel 1 består av de følgende komponenter: vann, natriumtiosulfat, i omtrent 24 vekt-%, HEC, i omtrent 20 vekt-%, en mindre mengde av xantangummi, i omtrent 0,1 vekt-% til omtrent 0,20 vekt-%; og eventuelt en mindre mengde av et konserveringsmiddel slik som natriumbenzoat i en effektiv mengde, typisk i omtrent 0,0 vekt-%. De resulterende suspensjonene hadde utmerkede strømningsegenskaper (Brookfieldviskositet cps). Etter 3 måneders lagring ved romtemperatur ble ingen tegn på faseseparasjon observert. 1 I tillegg viste suspensjonene utmerket fryse/tinestabilitet. Frysepunktet for suspensjonene ble målt under -1 C. Se Tabell 1 for detaljerte suspensjonssammensetninger, alle deler og prosenter er i vekt, hvis ikke noe annet er indikert. Tabell 1 Detaljerte suspensjonssammensetninger Ingredienser Suspensjon 1 Suspensjon 2 Suspensjon 3 DI vann,33 %,89 %,33 % Xantangummi (Rhodopol 23 xantangummi, tilgjengelig fra Rhodia USA) 0,17 % 0,20 % 0,17 % Na. Benzoat 0,0 % - 0,0 % Na. Tiosulfat 24,00 % 23,9 % 24,00 % HEC (Natrosol 20 JR HEC, tilgjengelig fra Hercules Incorporated) HEC (Natrosol Hivis HEC, tilgjengelig fra Hercules incorporated) 20,00 % 19,96 % ,00 % 20 Viskositeten til Suspensjon 1 var 2.0 cps, viskositeten til Suspensjon 2 var cps og viskositeten til Suspensjon 3 var cps som målt etter fremstilling ved anvendelse av et Brookfield viskosimeter.

6 EKSEMPEL Anvendelse i kompletteringsfluider Fortykningseffektiviteten til en suspensjon ifølge foreliggende oppfinnelse (Natrosol HIVIS HEC-suspensjon, tilgjengelig fra Hercules Incorporated (Suspensjon 3)) ble evaluert mot HEC, ikke i suspensjonsform, men heller som et tørt pulver (Natrosol HIVIS HEC, tilgjengelig fra Hercules Incorporated). HEC i tørr pulverform ble sammenlignet med HEC-suspensjonen ved å oppløse,7 kg/m 3 (2 lb/bbl)(0,7 vekt-%) ekvivalent tørr HEC i NaCl-mettet saltløsning. Den NaCl-mettede saltløsningen ble først fremstilt ved å oppløse 360 g NaCl i 00 ml avionisert vann. Deretter ble 2,0 g tørr HEC eller,0 g Suspensjon 3 i nåværende tilstand tilsatt i 420 g NaCl-mettet vann under blanding på en Hamilton Beach mikser (~ rpm). For å fremskynde hydratiseringen av polymeren ble 1 ml % NaOH-løsning tilsatt i polymerløsningen for å øke phen. For å redusere/eliminere overskudd skumming ble noen få dråper skumdemper tilsatt. Løsningen ble blandet i en total driftstid på 60 minutter. To separate løsninger har blitt fremstilt, homogenisert og deretter splittet i to porsjoner for aldring. En porsjon ble statisk aldret over natten ved romtemperatur (~ 2 C), og den andre porsjonen ble varmvalset over natten ved 121 C. Fann reologimålinger ble deretter utført etter aldringsperioden. 2 Data i Tabell 2 indikerer at Suspensjon 3 (Eksempel 2) virker litt bedre enn dens tørre forløper (Komparativt Eksempel 1) når anvendt ved samme aktive dosering i NaCl-mettet vann. Suspensjon 3 (Eksempel 2) tilveiebringer en større total reologi enn den tørre forløperen (Komparativt Eksempel 1). 30 Det er også viktig å bemerke at Suspensjon 3 (Eksempel 2) tilveiebringer mye bedre termisk stabilitet enn dens tørre forløper (Komparativt Eksempel 1). Saltløsningen fortykket med Suspensjon 3 (Eksempel 2) beholder 87,2 % / 78,7 % av dens tilsynelatende viskositet / utbytteverdi versus 67,8 % / 41,8 % for Komparativt Eksempel 1, når utsatt for varmvalsing over natten ved 121 C. 3

7 Tabell 2 Komparativ termisk stabilitet i NaCl-mettet saltløsning 6 Komparativt Eksempel 1 Natrosol HIVIS HEC Eksempel 2 Suspensjon 3 Form Pulver Væske Aktivitet 0 % 20 % Dosering Aldringsbetingelser,7 kg/m 3 (2 ppb) 2,9 kg/m 3 ( ppb) i nåværende tilstand Over Over Over Over Aldringstid natten natten natten natten Aldringstemperatur 2 C 121 C 2 C 121 C Varm- Varm- Betingelser Statisk valset Statisk valset ph,18 8,14,39 9,9 Fann-skala avlesninger 600 rpm 96,6 6, 1,2 88,2 300 rpm 72,1 42, ,1 200 rpm 9,6 32,2 63,3 2,3 0 rpm 41,9 19,1 4,3 3,7 60 rpm 31,8 12,6 34,4 26, 30 rpm 20,9 7,1 23,2 16,9 6 rpm 6,3 1,6 7,6,1 3 rpm 3,8 1 4,6 2,9 Tilsynelatende viskositet cps 48,3 32,7 0,6 44,1 Plastisk viskositet cps 24, 22,8 2,2 24,1 Utbytteverdi * (lb/0ft 2 ) 232 (47,6) 97 (19,9) 248 (0,8) 19 (40)

8 7 Komparativt Eksempel 1 Natrosol HIVIS HEC Eksempel 2 Suspensjon 3 Beholdt reologi etter varmvalsing Tilsynelatende viskositet 67,8 % 87,2 % Plastisk viskositet 93,1 % 9,6 % Utbytteverdi * 41,8 % 78,7 % * kg/0 m 2 Det kan ses fra Tabell 2 og i Figur 1 at Suspensjon 3 (Eksempel 2) er et effektivt fortykningsmiddel for kompletterings-/overhalingsfluider samtidig som den tilveiebringer ytterligere termisk stabilitet i forhold til dens tørre forløper. EKSEMPEL 3 Anvendelse i oljebrønn-sementoppslemminger De følgende eksempler illustrerer den typiske yteevnen til vandig suspensjon av HEC (Suspensjon 2 (Natrosol 20 JR HEC, tilgjengelig fra Hercules Incorporated)) i lav- og mellomtemperatur oljebrønn-sementoppslemmingssammensetninger. Effekten av temperatur på lav- og mellomtemperatur oljebrønn-sementoppslemmings-sammensetninger ble evaluert opp til 180 F (82 C), og salttoleranse opp til 18 vekt-% vann (bwow) NaCl Oljebrønn-sementoppslemminger ble fremstilt ved å anvende additiver og blande/formuleringsteknikker vanlig anvendt i industrien som anbefalt av det amerikanske petroleumsinstituttet (the American Petroleum Institute - API). Alle konsentrasjoner av additiver i oppslemmingssammensetningene (Eksempler 3-6) er basert på vekten av sement (bwoc). Oljebrønn-sementoppslemmingen ble fremstilt ved å tilsette sementen i tørrblanding til blandevannet, eventuelt inneholdende fluidtapsadditivet (FLAC). Tørrblandingen består av 600 g Calport G sement, 2,3 % syntetisk dispergeringsmiddel (1,1 vekt-% aktivt), 0, % Antiskum og 2,0 % Suspensjon 2 (0,40 % aktivt FLAC). For eksperimenter ved 180 F (82 C) ble

9 8 2,0 % retarderingsmiddel (38 % Ca. Lignosulfonatløsning) tilsatt til oppslemmingen. Yteevnetestingen av oljebrønn-sementoppslemminger ble utført med hensyn på reologi og fluidtapskontrollegenskaper. Typisk ble "blandingsreologien" målt med Fann-type viskosimeter akkurat etter oppslemmingsfremstillingen ved romtemperatur (~ 80 F, ~ 27 C), for å simulere blandingen og pumpingen til overflaten, mens "API-reologien" ble målt etter at oppslemmingen var kondisjonert ved testtemperatur i 20 minutter. Fluidtapskontrollegenskaper ble målt ved 80 F (27 C) og 180 F (82 C) etter oppslemmingskondisjoneringen. 1 Data i Tabell 3 viser at Suspensjonene 2, gjenstand for oppfinnelsen, tilveiebringer utmerkede reologiegenskaper kombinert med gode fluidtapkontrollegenskaper, ved akseptabel lav dosering (0,40 % aktiv).

10 9 Tabell 3 - Reologi og fluidtap- data til "Suspensjon 2" i en oljebrønnsementoppslemming

11

12 11 Det kan ses fra Tabell 3 at FLAC-suspensjonen, gjenstand for denne oppfinnelsen, er et effektivt fluidtapskontrolladditiv i oljebrønnsementoppslemminger.

13 12 Patentkrav 1. Vandig polymersuspensjon av hydroksyetylcellulose og natriumtiosulfat, og eventuelt natriumbenzoat, for anvendelse i oljefelt-hjelpefluider, hvori suspensjonen omfatter vann, hydroksyetylcellulose i en mengde på 80 vekt-%, natriumtiosulfat i en mengde på 30 vekt-%, xantangummi i en mengde på 0,01 til 0,0 vekt-%, og eventuelt natriumbenzoat i en mengde på 0,1 1,0 vekt-% Suspensjonssammensetningen ifølge krav 1, hvori suspensjonssammensetningen omfatter 24 vekt-% natriumtiosulfat, 20 vekt-% hydroksyetylcellulose og 0,1 0,20 vekt-% xantangummi Anvendelse av den vandige polymersuspensjonen ifølge krav 1 eller 2, omfattende natriumbenzoat som et konserveringsmiddel, i en kombinasjon, hvori polymersuspensjonen er fluidisert og er til stede i blanding med (b) et oljefelt-hjelpefluid valgt fra borefluider, kompletterings-/overhalings-fluider, stimuleringsfluider, oljebrønn-sementeringsfluider, gruspakkingsfluider og forbedrede oljeutvinningsfluider. 4. Anvendelse ifølge krav 3, hvori oljefelt-hjelpefluidet er et oljebrønnsementeringsfluid. 30. Anvendelse ifølge krav 3, hvori oljefelt-hjelpefluidet er et borefluid Anvendelse ifølge krav 3, hvori oljefelt-hjelpefluidet er et kompletterings- /overhalings-fluid.

14 7. Anvendelse ifølge krav 3, hvori oljefelt-hjelpefluidet er et stimuleringsfluid Anvendelse ifølge krav 3, hvori oljefelt-hjelpefluidet er et oppsprekkingsfluid. 9. Anvendelse ifølge krav 3, hvori oljefelt-hjelpefluidet er et gruspakkingsfluid.. Anvendelse ifølge krav 3, hvori oljefelt-hjelpefluidet er et forbedret oljeutvinningsfluid.

15 1