專利名稱:受損巖層滲透性的恢復(fù)的制作方法
本發(fā)明關(guān)系到一種從滲透性受損的地下砂巖層提高采油率的方法，特別是關(guān)系到一種恢復(fù)被侵入流體破壞了的巖層的滲透性，從而穩(wěn)定巖層中的粘土及其它碎屑顆粒，以提高采油的方法。
含水流體流經(jīng)或換言之侵入到一種含有粘土及其它碎屑顆粒的地下含油沙巖層，常常導(dǎo)致滲透性及流體流量下降，從而降低了采油量或注入巖層的流體量。含水流體可以來(lái)自諸如地下含水層、二次或三次采油注水、或用于油井中處理作業(yè)的流體等種種來(lái)源，侵入到地下巖層。
當(dāng)含水流體侵入到巖層中時(shí)，至少會(huì)發(fā)生兩種破壞現(xiàn)象。第一種是由于巖層基質(zhì)的活動(dòng)、運(yùn)移及被碎屑顆粒堵塞而引起的滲透性下降。入侵流體流經(jīng)砂巖基質(zhì)時(shí)，會(huì)通過(guò)化學(xué)作用或機(jī)械作用把碎屑顆粒從基質(zhì)的孔體上分開(kāi)。流體夾帶著碎屑顆粒送到基質(zhì)的孔喉中使?jié)B透性下降的位置上，在那里碎屑顆粒形成橋狀砂堵，并阻止其它我們希望流過(guò)的流體流經(jīng)基質(zhì)。
有關(guān)碎屑顆粒運(yùn)移的現(xiàn)象，文獻(xiàn)中有所論述。請(qǐng)參看T.W.默克“巖層細(xì)碎物質(zhì)及其在多孔介質(zhì)中移動(dòng)的控制因素”，石油技術(shù)雜志，1979年2月，第144頁(yè);和G.A.蓋伯利耳及G.R.殷納木達(dá)“多孔介質(zhì)中細(xì)碎物質(zhì)運(yùn)移的實(shí)驗(yàn)研究”，發(fā)表于1983年10月5-8日，在美國(guó)舊金山舉行的第58屆技術(shù)年會(huì)上的SPE12168號(hào)論文上。
第二種破壞是由諸如蒙脫石之類的粘土的膨脹，這也會(huì)使巖層滲透性下降。就膨脹性而論，淡水一般是最具破壞性的入侵流體，因?yàn)榈c原生水的離子含量，一般存在著很大的差別。
對(duì)一些使粘土及其它細(xì)碎物質(zhì)穩(wěn)定以防止運(yùn)移或膨脹的鹽水曾作過(guò)研究。此等鹽水接觸巖層時(shí)，能把破壞降至最低限度、或是以后淡水接觸巖層時(shí)，能減少進(jìn)一步破壞的危險(xiǎn)。請(qǐng)參見(jiàn)R.E、格拉姆，“應(yīng)用粘土礦物學(xué)”，Mc Graw Hill書(shū)局出版，紐約，1962年，始自第298頁(yè);C、F、史密斯等人“阻止粘土膨脹的鉀、鈣處理”、油氣雜志，1964年11月30日，第80頁(yè);希旦斯克，美國(guó)專利第4，280，560號(hào);J、R、泰潘等人，美國(guó)專利第4，572，297號(hào)。
上述處理方法表明能有效地穩(wěn)定地層中的粘土及其它碎屑顆粒，并能夠減少巖層進(jìn)一步破壞的危險(xiǎn)。但是，對(duì)已經(jīng)被侵入流體破壞了的巖層，需要作有效的補(bǔ)救處理，“以恢復(fù)滲透性能，并減少流體繼續(xù)侵入所引起的滲透性繼續(xù)下降的可能。
本發(fā)明提供一種兩步法，用以恢復(fù)被侵入流體破壞了的巖層的滲透性，并減少以后流體入侵破壞巖層的危險(xiǎn)。實(shí)現(xiàn)本方法是首先向鉆入巖層的井身中注入一種反破壞鹽水溶液。該鹽水在反破壞并恢復(fù)巖層的滲透性的條件下處理使?jié)B透性下降的碎屑顆粒。在注入反破壞鹽水之后，接著向井身注入一種穩(wěn)定溶液，以穩(wěn)定處理過(guò)的碎屑顆粒，并盡量減少當(dāng)前的破壞再度出現(xiàn)，或是今后由于含水流體的入侵而發(fā)生破壞的危險(xiǎn)。
本發(fā)明是關(guān)于使地下水敏砂巖層中的粘土及其它碎屑顆粒穩(wěn)定的一種補(bǔ)救方法。本方法可有利地應(yīng)用于已受入侵含水流體所引起的滲透性破壞的近井區(qū)。
在本說(shuō)明中自始至終所用的術(shù)語(yǔ)“破壞”，指的是巖層中超越正常時(shí)間的滲透性下降，和同時(shí)出現(xiàn)的流量下降。地層破壞可能是受入侵含水流體與原生水之間離子補(bǔ)充量的變化而造成的化學(xué)變化，也可能是受在過(guò)高速度下流經(jīng)巖層的入侵流體所造成的機(jī)械作用?！罢惩良捌渌樾碱w粒的穩(wěn)定”這一術(shù)語(yǔ)指的是處理沙巖層從而基本上防止侵入流體所造成的滲透性破壞及流量下降?！扒秩肓黧w”指的是進(jìn)入巖層的任一種來(lái)自外界的流體，還包括回注的生產(chǎn)水及其注入流體。
造成滲透性破壞的碎屑顆粒，包括砂巖孔體中所有能膨脹的和可能移動(dòng)的碎屑顆粒。碎屑顆粒系指那些直徑小于37微米的顆粒。可以導(dǎo)致滲透性破壞的碎屑顆粒的例子有粘土、高表面氧化硅、礦物、云母、長(zhǎng)石及重晶石。在本說(shuō)明中一直使用的術(shù)語(yǔ)“粘土”，即包括諸如微晶高嶺土、蛭石、膨脹性的氯泥石的膨脹粘土，也包括諸如粘結(jié)性很差的高嶺土和伊利石顆粒的混合層的膨脹粘土和可運(yùn)移粘土?！盎旌蠈优蛎浶哉惩痢卑ㄅ蛎浶缘暮头桥蛎浶缘恼惩恋膶訝罨旌衔铮c淡水接觸時(shí)即可膨脹?！暗边@個(gè)詞指的是溶解的鹽類濃度比較低、含有單價(jià)陽(yáng)離子的水溶液。
本發(fā)明的方法分兩步進(jìn)行，第一步是向穿過(guò)水敏性的地下含烴砂巖層的井身注入第一處理流體，即反破壞鹽水，這個(gè)巖層因以前的滲透性破壞而顯示出滲透性下降。上述井身可以是注入井或生產(chǎn)井。
此外所用的“反破壞鹽水”這一術(shù)語(yǔ)指的是一種鹽水，它能夠?qū)⑺樾碱w粒運(yùn)移或粘土膨脹而造成的巖層滲透性破壞恢復(fù)過(guò)來(lái)。反破壞鹽水最好是有高離子濃度;更好的是高濃度的溶解單價(jià)離子鹽類。實(shí)用的反破壞鹽水包括高濃度比較高的氯化鉀、氯化銨和氯化鈉。
如果滲透性下降是由碎屑顆粒運(yùn)移使巖層堵塞所導(dǎo)致的，主要要用機(jī)械的方法進(jìn)行反破壞。反破壞鹽水在足夠的速度及適宜的方向下被驅(qū)動(dòng)通過(guò)巖層，將聚集的碎屑顆粒從巖層中使?jié)B透性降低的位置上挪開(kāi)，即把碎屑顆?？缀硖幣查_(kāi)并推入孔體中去。鹽水的速度不應(yīng)大到使碎屑顆粒跨過(guò)孔體跑到對(duì)面孔喉而又形成新的堵塞。如果是生產(chǎn)井，可將反破壞鹽水注入并驅(qū)離井身，從而將碎屑顆粒趕到孔體中。如果是注水井，可將鹽水先注入并驅(qū)離井身，然后以高速度反向井身驅(qū)動(dòng)，把碎屑顆粒趕到孔體中。
確定一個(gè)足以挪動(dòng)聚積于孔喉中的碎屑顆粒的速度，與孔喉處碎屑顆粒橋的穩(wěn)定程度有關(guān)。一般說(shuō)，移動(dòng)碎屑顆粒橋，要采用約每小時(shí)1至10，000米的水驅(qū)前緣的推進(jìn)速度，最好是大約每小時(shí)10至1000米。處理的時(shí)間只要能把碎屑顆粒從破壞了的孔喉移動(dòng)到孔體中就行了。這項(xiàng)時(shí)間的長(zhǎng)短，與巖層中處理流體的速度有關(guān)。
處理運(yùn)移的碎屑顆粒，所用反破壞鹽水溶液的鹽濃度，大約在0.2%(重量)至該鹽在溶液中的溶解度極限范圍內(nèi)，較好的鹽濃度為1.0%至10%(重量)左右，最好是2.0%至4.0%(重量)左右。
如果滲透性下降是由粘土膨脹所引起的，主要要用化學(xué)方法處理巖層。與處理運(yùn)移碎屑顆粒相比，處理膨脹粘土與注入鹽水的方向及速度的關(guān)系不那么大，與鹽水的離子補(bǔ)充量和濃度的關(guān)系比較大。用以反粘土膨脹的反破壞鹽水是在大大低于處理運(yùn)移碎屑顆粒的前緣推進(jìn)速度下注入井身的。反破壞鹽水溶液的鹽濃度，用于處理膨脹粘土?xí)r，一般要略高一些，即大約從1.0%(重量)至大約鹽在溶液中的溶解度極限，最好是2.0%至10%(重量)左右。粘土與適宜的反破壞鹽水足夠的接觸，引起粘土顆粒的收縮。膨脹顆粒與反破壞鹽水接觸的處理時(shí)間約0.1至大約72小時(shí)，最好是1.0至24小時(shí)左右。
一旦由碎屑顆粒運(yùn)移或是粘土膨脹所導(dǎo)致的滲透性破壞，恢復(fù)到足夠的程度，就停止反破壞鹽水的注入及驅(qū)替。在終止反破壞鹽水的處理后，便開(kāi)始進(jìn)行本方法的第二步。把第二處理流體，即穩(wěn)定溶液注入井身，并驅(qū)入巖層中。穩(wěn)定溶液與處理范圍內(nèi)的所有碎屑顆粒接觸，并且有效地減少它們以后膨脹或是從孔體運(yùn)移的能力。
用穩(wěn)定溶液處理巖層，以在限定的溶液流速下進(jìn)行較為有利，因?yàn)殪o態(tài)處理會(huì)導(dǎo)致微量的巖層滲透性破壞。前緣的推進(jìn)速度大于約每小時(shí)0.7米時(shí)，就能有效地防止處理中的滲透性破壞。雖然能采用大得多的前緣推進(jìn)速度，但這樣的速度一般提供不了多少額外的好處，由于化學(xué)品的費(fèi)用高，應(yīng)避免不斷提高流速。
在現(xiàn)有技術(shù)中已知有許多穩(wěn)定溶液。其中氫氧化鉀水溶液較為適宜，因?yàn)橐延腥酥赋鰵溲趸浤軌虺志玫胤€(wěn)定粘土及其它碎屑顆粒。穩(wěn)定溶液中氫氧化鉀的濃度在大約1.0%(重量)到大約氫氧化鉀在溶液中的溶解極限的范圍內(nèi)，較好的是大約5.0%30%(重量)，最好是約15%到25%(重量)左右。有利的是使用含同種單價(jià)陽(yáng)離子為主的反破壞鹽水和穩(wěn)定溶液。所以當(dāng)穩(wěn)定溶液是氫氧化鉀溶液時(shí)，反破壞鹽水最好是諸如氯化鉀之類的鉀鹽溶液。
用穩(wěn)定溶液處理巖層的時(shí)間，宜在大約1至48小時(shí)左右，最好是24小時(shí)左右。一旦完成穩(wěn)定處理，井身便可恢復(fù)作為注水井或生產(chǎn)井進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，而且即使在高流速下，能大大抵抗大的破壞及滲透性下降。
本發(fā)明方法可應(yīng)用于寬范圍的地下巖層溫度，也可應(yīng)用于寬范圍的地下巖層礦物學(xué)研究。本發(fā)明的方法能夠應(yīng)用于溫度從大約22℃到125℃左右，或更高的地下沙巖層。
實(shí)際上，本發(fā)明方法可以限于處理近井身周圍的地下砂巖層，這里所用的“近井身”術(shù)語(yǔ)，指的是穿過(guò)地下砂巖層的井身周圍的地下砂巖層，其水平方向結(jié)構(gòu)比較均勻。一般說(shuō)，近井身周圍通常從井身延伸到巖層的徑向距離可達(dá)3米左右，可能延伸到9米左右或更多一些。由于最大的流體壓力降、流體流速及被輸送的流體量，出現(xiàn)在地下巖層近井身周圍，所以近井身周圍是地下巖層最易遭受破壞的區(qū)域。此外，近井身周圍的滲透性破壞對(duì)流體注入及采油的影響最大。雖然本發(fā)明方法并不一定局限于近井身周圍，但用于遠(yuǎn)井身區(qū)則比較費(fèi)錢(qián)，而且價(jià)值不大，因?yàn)檫h(yuǎn)井身區(qū)中的穩(wěn)定問(wèn)題并不嚴(yán)重。
下面用實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的方法，但不能認(rèn)為是局限于這一范圍。
實(shí)施例1某一未經(jīng)壓裂的生產(chǎn)井，從溫度為58℃的漸新世紀(jì)油層采油。該油層的特征是高硅砂巖，含有大量自生可運(yùn)移高嶺土。該油井原來(lái)的產(chǎn)量約為每天1，700桶，含水很少。當(dāng)含水量達(dá)到20%時(shí)，油井的采油率以每年80%的速率迅速下降。采油率的損失是由于近井身高嶺土顆粒運(yùn)移的滲透性被破壞所致。按照本發(fā)明的方法處理此油井，當(dāng)時(shí)采油量達(dá)到約每天300桶流體、80桶油。
在20，700千帕最高注入壓力下，向離井身徑向距離1.2米處注入3%(重量)KCl溶液。在注入KCl溶液過(guò)程下，逐步提高注入速率，但在接近結(jié)束注入時(shí)，注入速率幾乎平穩(wěn)下來(lái)。注入KCl溶液，看來(lái)可暫時(shí)打消孔喉處粘土顆粒的堵塞。
下一步，在48小時(shí)內(nèi)緩慢注入15%(重量)的KOH溶液，處理離井身徑向距離0.9米的巖層。此后，用3%(重量)的KCl溶液，從井身向外緩慢驅(qū)替KOH溶液，并關(guān)井24小時(shí)。該油井重新投產(chǎn)，第一周按每天1，700桶流體，650桶油進(jìn)行生產(chǎn)。在六個(gè)月后處理生產(chǎn)以后，油井按照每天1，500桶流體和500桶油進(jìn)行生產(chǎn)。
該實(shí)施例說(shuō)明，破壞了的生產(chǎn)井中，近井身粘土顆粒運(yùn)移所引起的滲透性破壞是能恢復(fù)的。通過(guò)采用適宜的粘土穩(wěn)定劑，恢復(fù)了的滲透性可以持久。這就保障了高水平的采油，今后不受近井身粘土引起的滲透性破壞的阻障。
實(shí)施例2實(shí)施例1的油層中未壓力裂的注入井，開(kāi)始時(shí)在20.700千帕的最大注入壓力下，每天注水3，700桶。注入水中的離子組成幾乎與原生水的一樣。注入水從離子性質(zhì)上說(shuō)，是非破壞性的，但是長(zhǎng)時(shí)期的高速注水，由于過(guò)量的水力拖動(dòng)就觸動(dòng)了某些可運(yùn)移的粘土。經(jīng)過(guò)三年注水后，井的注入率下降到每天900桶。井遭受到近井身粘土顆粒運(yùn)移而引起的滲透性破壞。
用下列處理法逆轉(zhuǎn)了由于粘土顆粒運(yùn)移引起的滲透性破壞，并使粘土穩(wěn)定。向井中注入2%(重量)KCl溶液，向外推到離井身徑向距離1.8米處。之后在可能達(dá)到的最高生產(chǎn)速率下，用泵抽回KCl溶液。在采收KCl溶液時(shí)，采收速率大幅度提高，說(shuō)明由于阻礙孔喉的破壞性粘土的顆粒的解脫，近井身的滲透性得到改善。
在48小時(shí)內(nèi)向井中緩慢注入15%(重量)的KOH溶液，并向外推至離井身徑向距離0.9米處。在把大間隔量的2%(重量)KCl溶液注入井內(nèi)以后，用同樣的緩慢速度把正常注入水注入到井內(nèi)，歷時(shí)48小時(shí)，然后在20.700千帕最大注入壓力下，讓井恢復(fù)注水。第一周每天向井中注入水量為1，900桶，通過(guò)一年半的注水以后，井的注水量為每天1，750桶。
這種處理說(shuō)明，對(duì)注水井的近井身造成的粘土顆粒破壞，可以在很大程度上得到恢復(fù)。粘土顆?？梢约右杂谰梅€(wěn)定，以防止進(jìn)一步的滲透性能破壞，并保持恢復(fù)了的滲透性。
雖然上面已說(shuō)明并且表明了本發(fā)明中一些較好的具體作法，但是應(yīng)當(dāng)理解，所有替代的及改進(jìn)方法，例如已提出的那些方法，及其它方法，都屬于本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種恢復(fù)并維持鉆有井眼的受損地下含烴砂巖層高滲透性的方法，該巖層由于侵入流體而導(dǎo)致滲透性的下降，本方法包括如下步驟向該井身注入含有單價(jià)陽(yáng)離子鹽及其溶劑的第一反破壞處理溶液；把該第一處理溶液驅(qū)進(jìn)該巖層；使該巖層與第一處理溶液接觸，方式是要恢復(fù)巖層的高滲透性；向該井身注入第二穩(wěn)定性的處理溶液；把該第二處理溶液驅(qū)入與第一處理溶液接觸的巖層中；和使該巖層與第二處理溶液接觸，通過(guò)大幅度降低該巖層對(duì)所說(shuō)的侵入流體今后使?jié)B透性下降的敏感性能，以基本上維持該巖層的高滲透性。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中所述的單價(jià)陽(yáng)離子鹽，選自包括鉀、鈉、銨鹽及其混合物的一組物料。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中所述的第二穩(wěn)定處理溶液包含一種氫氧化物的化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的方法，其中所述的含氫氧化物的化合物是氫氧化鉀。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4的方法，其中所述的單價(jià)陽(yáng)離子鹽是鉀鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中所述的入侵流體導(dǎo)致碎屑顆粒運(yùn)移到該巖層中使?jié)B透性降低的位置，所述的第一處理溶液與該巖層接觸，其方向及前緣推進(jìn)速度，要足夠使該碎屑顆粒從使?jié)B透性降低的位置上，機(jī)械地解脫，從而恢復(fù)該巖層的高滲透性。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6的方法，其中所述的碎屑顆粒的運(yùn)移，是指從該巖層的一個(gè)或更多的孔體運(yùn)移，其中所述的使?jié)B透性降低的位置，是指該巖層中的一個(gè)或者更多的孔喉。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中所述的入侵流體是淡水。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，其中所述的入侵流體是通過(guò)井身注入到該巖層的一種注入流體，該注入流體被驅(qū)通過(guò)巖層，是在前緣推進(jìn)速度足夠使碎屑顆粒從上述一個(gè)或多個(gè)孔體，機(jī)械地位移到上述一個(gè)或多個(gè)孔喉中。
10.根據(jù)權(quán)利要求
6的方法，其中所述的井身是烴的生產(chǎn)井身。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10的方法，其中所述的第一處理溶液，沿著背離井身的方向接觸該巖層。
12.根據(jù)權(quán)利要求
6的方法，其中所述的井身是流體注入井身。
13.根據(jù)權(quán)利要求
12的方法，其中所述的第一處理溶液沿著接近井身的方向以回流方式與巖層接觸。
14.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中所述的第一和第二處理溶液，都被驅(qū)入井身的巖層范圍。
15.根據(jù)權(quán)利要求
1的方法，其中所述的入侵流體，導(dǎo)致該巖層中粘土顆粒的膨脹，該第一處理溶液與該巖層接觸，以便逆轉(zhuǎn)該粘土的膨脹。
16.根據(jù)權(quán)利要求
15的方法，其中所述的第一反破壞處理溶液，溶解鹽的濃度大約為2%到10%(重量)。
17.這里說(shuō)明了全部發(fā)明。
專利摘要
地下含烴巖層的滲透性，由于巖層接觸入侵的流體而遭受持續(xù)破壞，通過(guò)用反破壞鹽水，隨后用穩(wěn)定溶液處理巖層，使?jié)B透性得以恢復(fù)和維持。
文檔編號(hào)C09K8/60GK87100866SQ87100866
公開(kāi)日1987年10月28日 申請(qǐng)日期1987年2月6日
發(fā)明者羅伯特·D·辛丹斯克 申請(qǐng)人:馬拉索恩石油公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan