專利名稱：完善固結(jié)差的地層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地下井的完善方法，具體地涉及完善固結(jié)差的地層(porlyconsolidated formation)，由此消除或減少出砂(sand production)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
如石油和天然氣等油氣流體(hydrocarbon fluid)是通過鉆井穿透含油氣層段，從地下地質(zhì)層，即油藏(reservoir)獲得的。一旦井筒已經(jīng)被鉆探，就必須完井；完井包括設(shè)計(jì)、選擇和安裝井筒內(nèi)或周圍的設(shè)備和材料，以于輸送、泵送或控制流體的生產(chǎn)或注入。在完井后，就可以開始石油和天然氣的開采。
水力壓裂法是通過從井筒到油藏設(shè)置或延伸通道來提高井產(chǎn)量的主要方法。該作業(yè)主要如下進(jìn)行用將壓裂液水力注入到穿透地下地層的井筒中，通過壓力迫使壓裂液緊壓地層。地層或巖石被壓裂并破碎。將支撐劑填充到裂縫中，以防止裂縫閉合，并因此增加可采流體(即石油，天然氣或水)的流量。
在地層是“松軟”或固結(jié)差的情形下，地層中存在的微粒，通常是砂的細(xì)小顆粒，會(huì)隨油氣移動(dòng)。這種出砂是非常不受歡迎的，因?yàn)樗治g表面和地下設(shè)備，因此在可以對(duì)油氣進(jìn)行加工之前需要除沙步驟，最終這將抵消增產(chǎn)技術(shù)(例如酸增產(chǎn))的所需效果。
將細(xì)小顆粒的流動(dòng)減到最小的最常用手段，是使采出液過濾通過保留在篩板(screen)上的礫石充填物。在進(jìn)入井筒之前，采出液經(jīng)過礫石充填物和篩板，而沒有顯著減少產(chǎn)量，同時(shí)更小的顆粒被阻止。然而，該方法相當(dāng)復(fù)雜并費(fèi)時(shí)，沙礫和篩板也會(huì)被積垢堵塞或被砂子侵蝕。
這解釋了所謂的無篩完井工藝(screenless completion techniques)的發(fā)展。典型地，這些技術(shù)包括固結(jié)液(consolidating fluid)的注入，所述固結(jié)液包括樹脂，硬化劑，催化劑和油濕潤(rùn)劑。樹脂在地層中凝固，從而使地層固結(jié)，并減少了游離的細(xì)小顆粒的濃度。固結(jié)液和其使用方法的實(shí)例，例如報(bào)道于美國專利US5806593、US5199492、US4669543、US4427069和US4291766中。
傳統(tǒng)固結(jié)液的凝固時(shí)間往往相對(duì)長(zhǎng)。因此，流體往往會(huì)持續(xù)流進(jìn)阻力最小的區(qū)域，而導(dǎo)致其它區(qū)域未被處理。這嚴(yán)格限制了井筒的長(zhǎng)度，單次操作中能夠處理的長(zhǎng)度不超過大約6米(20英尺)。此外，由于由例如具有不同滲透性的層構(gòu)成的不均勻地層的原因，獲得了較差的結(jié)果。已經(jīng)知道基于樹脂的固結(jié)系統(tǒng)使用時(shí)十分復(fù)雜，例如要求高達(dá)五個(gè)處理步驟，而且還經(jīng)常產(chǎn)生環(huán)境問題。
為了避免常規(guī)流體的這種缺陷，已經(jīng)提出了多步井處理法。它們中的大多數(shù)要么包括乳液，要么包括泡沫。美國專利US5363917教導(dǎo)了一種發(fā)泡的固結(jié)液，其能夠支持油氣在地層中的燃燒。油氣燃燒的產(chǎn)物使地層固結(jié)。美國專利US5010953和US5567088公開了一種固結(jié)液，其為蒸汽中的氣溶膠。前一專利的教導(dǎo)是在可聚合化合物(例如糠醇)的凝固期間，蒸汽維持地層中的空隙空間。美國專利6364020教導(dǎo)了包含至少兩個(gè)非連續(xù)相的乳液，其中一相包括膠凝聚合物，例如多糖，其它相包括無機(jī)或有機(jī)交聯(lián)劑。
其它采用或不采用固結(jié)處理來完善未固結(jié)地層的方法是已知的。美國專利US5551514提出了多步固結(jié)處理，然后進(jìn)行水力壓裂處理，其中采用了支撐劑回流控制技術(shù)。美國專利US6450260描述了采用撓性凝膠系統(tǒng)而完成美國專利US5551514中的專利技術(shù)的技術(shù)的方法。
其它使出砂最少化的方法包括確定裂縫延伸的方向，以及取向或定型穿孔(orienting or shaping perforations)(見美國專利US5386875和US6283214)。美國專利US6431278限定了使流經(jīng)不同相位穿孔(out-of-phaseperforations)的流量百分比和裂縫導(dǎo)流能力(fracture conductivity)對(duì)地層滲透率的比率相關(guān)的曲線。給定所需的產(chǎn)品流量，便可以限定地層傳導(dǎo)率(formation conductivity)。這就允許井操作人員去設(shè)計(jì)并執(zhí)行壓裂操作，以獲得在低于出砂的臨界生產(chǎn)壓降(critical drawdown pressure)的條件下開采油井所必須的傳導(dǎo)率。
盡管前面提及工藝的多數(shù)已經(jīng)獲得一定成功，但是沒有一個(gè)已經(jīng)獲得了大規(guī)模商業(yè)認(rèn)可，特別是從技術(shù)和成本限制上看。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種完善未固結(jié)區(qū)域的改進(jìn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明涉及完善地下地層中易于產(chǎn)生細(xì)粒(例如砂)的未固結(jié)區(qū)域的方法，該方法包括向所述區(qū)域注入水溶液，以形成將微粒結(jié)合在一起(hold together)的硬凝膠，從而固結(jié)所述區(qū)域的步驟，所述水溶液含有膠體微粒和pH調(diào)節(jié)劑和/或離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑，以及水壓壓裂該固結(jié)區(qū)域的步驟。
另一方面，本發(fā)明涉及完善地下地層中易于產(chǎn)生細(xì)粒(例如砂)的未固結(jié)區(qū)域的方法，該方法包括向所述區(qū)域注入水溶液和導(dǎo)向劑(diverting agent)，以形成將顆粒結(jié)合在一起的硬凝膠，從而固結(jié)所述區(qū)域的步驟，所述水溶液為膠體微粒、pH調(diào)節(jié)劑和/或離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的混合物，所述導(dǎo)向劑用來提高水溶液流向滲透率不同區(qū)域的均勻流率，以及水力壓裂該固結(jié)區(qū)域的步驟。


參考以下的詳細(xì)描述和附圖，將會(huì)更好地理解本發(fā)明上述和其它目的，特征和優(yōu)點(diǎn)。其中圖1是室溫下膠體二氧化硅溶液的膠凝時(shí)間隨鹽酸濃度的變化。
圖2是用于評(píng)價(jià)膠體二氧化硅進(jìn)入滲透率不同的沙粒充填物(sand pack)的注入能力(injectivity)的設(shè)備的示意圖。
圖3顯示了對(duì)通過形成膠體二氧化硅顆粒的凝膠，對(duì)滲透率不同的砂粒充填物的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度(unconfined compressive strength，UCS)的測(cè)量結(jié)果。
圖4顯示了用于完成滲透率不同的砂粒充填物的固砂(sandconsolidation)測(cè)試，以模擬滲透率不同區(qū)域的同時(shí)固結(jié)操作的裝置的基本配置。
圖5顯示了在使用如圖4描述的裝置進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，液體流經(jīng)低滲透率(50-70mD)和高滲透率(750mD)砂粒充填物后，所收集的液體體積，和砂粒充填物的入口壓力(inlet pressure)。在實(shí)驗(yàn)中，觀察到低滲透率砂粒充填物被堵塞，接下來高滲透率砂粒充填物被擇優(yōu)流過。
圖6顯示了在使用如圖4描述的設(shè)備進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，在將微米顆粒組合物添加到膠體二氧化硅溶液中以提高流體流向低滲透率砂粒充填物的導(dǎo)向性時(shí)，流體的平均流速(6-A)和容器出口處所收集的液體體積(6-B)。
圖7顯示了類似于圖6中顯示的結(jié)果，但使用另一微米顆粒組合物。
圖8顯示了類似于圖6中顯示的結(jié)果，其時(shí)將沉淀二氧化硅顆粒添加至膠體二氧化硅溶液中，以提高流體流向低滲透率的砂粒充填物的導(dǎo)向性。
圖9顯示了類似于圖6中顯示的結(jié)果，其時(shí)將云母顆粒和圖6所示實(shí)驗(yàn)的淀粉添加至膠體二氧化硅溶液中，以提高流體流向低滲透率砂粒充填物的導(dǎo)向性，并且該系統(tǒng)用緩沖液來預(yù)沖洗以預(yù)調(diào)節(jié)砂粒充填物的pH。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明，完善固結(jié)差的地層的方法的第一步是注入包括膠態(tài)懸浮液的液體，從而固結(jié)所述地層。
膠態(tài)懸浮液是離散的微細(xì)顆粒(球狀或細(xì)長(zhǎng)形狀，帶電的)的典型分散體，因而類似帶電的顆粒之間的排斥力使分散體變穩(wěn)定。例如，除去水、改變pH或添加鹽或水混溶性有機(jī)溶劑而引起的電荷平衡紊亂，使得膠體顆粒聚集，從而最終形成凝膠。
預(yù)先充填液體形式的分散體，在顆粒濃度相對(duì)較低時(shí)是透明的，而在更高的顆粒濃度時(shí)變成乳白色或乳狀。無論如何，分散體能夠以液體形式處理，這樣使配料大大簡(jiǎn)化。
商業(yè)化的膠體顆粒溶液一般包括二氧化硅(也稱作硅膠)和鋁、銻、錫、鈰、釔和鋯的氧化物。這些顆粒主要為球狀，其粒度(particle size)通常為約4nm到約250nm，但是長(zhǎng)度高達(dá)300nm的細(xì)長(zhǎng)顆粒(elongated particle)也是可用的，并且相信對(duì)于本發(fā)明也是可接受的。這些顆粒可以帶正電荷或負(fù)電荷。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)膠體二氧化硅顆粒的粒度在約4nm到約100nm的水溶液在滲透率低至50mD的砂粒充填物中具有優(yōu)異的注入能力。優(yōu)選的膠體顆粒的尺寸在4到22nm之間。這種獨(dú)特的性質(zhì)使得能夠?qū)ι钸_(dá)數(shù)英尺的基巖(matrix)進(jìn)行完整處理。不拘泥于理論，但認(rèn)為當(dāng)添加pH調(diào)節(jié)劑和/或離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑時(shí)，顆粒間碰撞得以增加，并且形成了硅氧烷鍵(Si-O-Si)。這導(dǎo)致形成硬凝膠(hard gel)，硬凝膠將未固結(jié)地層中的松散顆粒(沙粒)結(jié)合在一起。實(shí)際上，在進(jìn)行本發(fā)明的固結(jié)處理之后，處理前絕對(duì)不具備結(jié)合力的砂粒充填物(沙子象在沙漏中那樣流動(dòng))，呈現(xiàn)出不小于1.72MPa的耐壓強(qiáng)度，而且變得象堅(jiān)硬的巖石。
濃度在15到50wt％的商業(yè)硅溶膠也是適用的。這些商業(yè)溶液可以原樣使用或者稀釋至較低二氧化硅含量。例如，含25到50wt％二氧化硅的溶膠通常用于本發(fā)明的目的，但也可以稀釋降低到2wt％。需要注意的是，當(dāng)使用稀釋的溶液時(shí)，注入的溶液的體積一般保持不變，但形成的凝膠耐壓強(qiáng)度變低。
冷凝溫度會(huì)在膠體二氧化硅溶液中導(dǎo)致冰晶的出現(xiàn)，這會(huì)在未凍部分中導(dǎo)致二氧化硅濃度的增加，并加速富硅部分的凝膠化。在解凍時(shí)，膠凝的二氧化硅不會(huì)重新分散，而是保留在融化的冰中成為沉淀。結(jié)果，融化材料中二氧化硅分散顆粒的濃度也降低，并且該材料一般不再適合使用。通過將所述膠體二氧化硅溶液與濃度為0.1到10wt％，優(yōu)選0.1到5wt％的乙二醇、丙二醇或甲醇混合，可以防止膠體二氧化硅在低于0℃時(shí)的不可逆凝膠化。
凝膠的形成由pH調(diào)節(jié)劑和/或離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑引發(fā)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，所述離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑可以是鹽。在本例中，膠體二氧化硅懸浮液(例如Ludox)與鹽水(鹽水含有的鹽優(yōu)選是氯化鉀，氯化鈉，或氯化鈣，但也可以是任何礦物鹽或有機(jī)鹽或適合調(diào)節(jié)膠體溶液離子強(qiáng)度的化合物)混合。當(dāng)加入鹽以后，反離子(在無鹽溶膠中，平衡正/負(fù)表面電荷的正/負(fù)反離子在顆粒周圍擴(kuò)散定向)更加向顆粒表面靠近，從而導(dǎo)致排斥力作用的距離縮短。通過增加顆粒間碰撞概率，引起溶膠穩(wěn)定性降低，并且這導(dǎo)致硬凝膠的形成。膠凝期可以通過鹽水濃度或溫度來調(diào)整。粒度分布和顆粒濃度也會(huì)影響膠凝期。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，所述pH調(diào)節(jié)劑是酸或堿。用于固砂的膠態(tài)二氧化硅分散體的pH通常在8到11之間，但也可以呈酸性(pH大約為4)。通過加入酸性溶液/堿性溶液，膠態(tài)分散體的pH可以降低/增加。這樣，二氧化硅顆粒表面上的電荷得以降低，并且顆?？梢缘玫浇佑|并形成硅氧烷鍵。在pH為5-6時(shí)，多數(shù)二氧化硅膠體形成凝膠的趨勢(shì)最明顯。對(duì)于給定的二氧化硅粒度和濃度，膠凝期可以通過溶液的pH和/或溫度來調(diào)整。
pH調(diào)節(jié)劑的濃度和離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的濃度在0.1到5wt％之間，優(yōu)選在0.1到1.5wt％之間。
注入的固結(jié)液的體積優(yōu)選等于待固結(jié)地層區(qū)域中孔體積至少的兩倍。所述地層區(qū)域一般不超過待固結(jié)區(qū)域孔體積的10倍。通常，待固結(jié)區(qū)域的深度在約15和約90cm之間，一般為約30cm。
在待固結(jié)地層為非均質(zhì)的地方，固結(jié)步驟可以通過暫停技術(shù)(hesitationtechnique)來完成，由此泵送部分固結(jié)液，接著停止泵送一段時(shí)間，從而高滲透率區(qū)域-也就是高注入能力區(qū)域-被固結(jié)。重復(fù)該分段工序直至所有的固結(jié)液都被泵送。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，固結(jié)液不僅包括膠體顆粒，還包括微米顆粒，例如沉淀二氧化硅顆粒。微米顆粒是指約0.5到約100μm的顆粒，更優(yōu)選為至少80％的顆粒具有約1到約60μm的粒度的系統(tǒng)。微米顆粒易于進(jìn)入高滲透率區(qū)域，并在油藏壁上形成低滲透率濾餅，從而將固結(jié)液導(dǎo)向到低滲透率區(qū)域，并且促進(jìn)流體以均勻速率流過滲透率不同的固結(jié)區(qū)域。所述微米顆粒例如可以是云母，沉淀二氧化硅，熱解二氧化硅，非膨脹粘土或淀粉。
實(shí)施例1懸浮液的選擇對(duì)10種含水膠體二氧化硅的商業(yè)懸浮液進(jìn)行測(cè)試。懸浮液的一些特征列于下表1，包括電荷(N負(fù)，P正)，平均粒度，二氧化硅含量，比表面(Ssp)和pH。懸浮液的凝膠化通過添加鹽(2ml的4M NaCl添加到14ml膠體懸浮液中，結(jié)果見表2)來實(shí)現(xiàn)，或者通過添加鹽酸(15wt％的酸水溶液添加到15ml膠體懸浮液中，結(jié)果見表3)來實(shí)現(xiàn)。在66℃下經(jīng)過2天之后，通過施加低應(yīng)力(凝膠耐力1)或高應(yīng)力(凝膠耐力5)，用刮板來估算凝膠耐力(gelresistance)。根據(jù)凝膠耐力(1為非常低的凝膠強(qiáng)度，5為高凝膠強(qiáng)度)，估計(jì)值在1到5之間。
表1

表2

表3

上述初步測(cè)試表明，膠體顆粒粒度最小(低于10納米)的懸浮液具有較高的凝膠強(qiáng)度。顆粒的濃度越高，凝膠強(qiáng)度越大。該測(cè)試還發(fā)現(xiàn)，較小的顆粒和較高的濃度在實(shí)驗(yàn)室中均導(dǎo)致更快速的凝膠生成。
實(shí)施例2最優(yōu)pH選擇實(shí)施例1中的懸浮液#3。向15ml的懸浮液中，加入不同量的鹽酸。附圖1給出了室溫下懸浮液中的總HCl濃度和膠凝時(shí)間(單位為小時(shí))的關(guān)系。當(dāng)酸濃度為0.32wt％時(shí)，相當(dāng)于pH在大約6到大約7之間，膠凝時(shí)間最短。
使用實(shí)施例1中的懸浮液#1進(jìn)行相同的測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)在pH為大約5到大約6時(shí)，膠凝時(shí)間最短。這表明當(dāng)用酸來引起膠凝作用時(shí)，濃度優(yōu)選調(diào)整到懸浮液的pH剛剛呈現(xiàn)弱酸性(pH在約5到約7之間)，以此來獲得最短膠凝時(shí)間。
實(shí)施例3注入測(cè)試附圖2是用于評(píng)價(jià)膠體二氧化硅進(jìn)入滲透率不同的沙粒充填物的注入能力的設(shè)備示意圖。該設(shè)備包括管狀容器(tabular cell)1，其一端用上端蓋2封閉，另一端用下端蓋3封閉。砂粒充填物4放置在容器1內(nèi)，位于兩個(gè)網(wǎng)篩5之間?；钊?包括流體入口7，其用于注入處理流體和預(yù)處理流體。容器還連接有氣源8，例如氮?dú)?，這樣通過推動(dòng)活塞，可以壓緊砂粒充填物。下端蓋包括流體出口9，其用于收集流過砂粒充填物4的流體。
在注入實(shí)施例1中的膠體二氧化硅懸浮液#1前，用2wt％的KCl鹽水預(yù)沖洗滲透率為750mD的砂粒充填物，其中鹽酸濃度約為0.45wt％(pH在6和7之間)。在環(huán)境溫度下，注入壓力僅為0.04MPa。容器在93℃下在烘箱中放置一夜。返回的滲透率小于1mD。
用pH為4的HCl溶液預(yù)沖洗50mD的砂粒充填物。實(shí)驗(yàn)在82℃下進(jìn)行。在約0.34MPa的注入壓力下，注入與高滲透率充填物相同的處理流體。砂粒充填物在93℃下于烘箱中處理3天。返回的滲透率小于1mD。
實(shí)施例4抗壓測(cè)試在65℃下固化幾周以后，測(cè)量固結(jié)充填物的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度。初始滲透率為約50-70mD、約750mD和約3mD的三個(gè)砂粒充填物被檢測(cè)(每個(gè)砂粒充填物測(cè)試2次)。上述砂粒充填物用實(shí)施例1中的膠體二氧化硅#3固結(jié)，其中使用KCl作為離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如附圖3所示。在所有的實(shí)施例中，凝膠的形成導(dǎo)致固結(jié)充填物的抗壓強(qiáng)度達(dá)到1.72至3.45MPa。
實(shí)施例5無導(dǎo)向劑條件下的注入能力和導(dǎo)向性待固結(jié)地層通常是不均勻的，其包含低滲透率區(qū)域和高滲透率區(qū)域。當(dāng)向所述地層注入固結(jié)液時(shí)，流體優(yōu)先流入高滲透率區(qū)域。如果固結(jié)液的膠凝時(shí)間大于注入時(shí)間，那么低滲透率區(qū)域很可能沒被固結(jié)。
為了評(píng)價(jià)對(duì)沿著待固結(jié)的整個(gè)區(qū)域進(jìn)行處理的可行性，使用附圖4所描述的實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置包括平行連接的兩個(gè)Hassler容器(11和12)，其中固載有滲透率不同的砂粒充填物(13和14)。使用容積式泵(positivedisplacement pump)A和B泵送流體，并在容器的出口(15和16)收集流體。用泵C液壓設(shè)定側(cè)限壓力，并用電加熱系統(tǒng)與容器結(jié)合從而獲得預(yù)期的測(cè)試溫度。
容器11充滿滲透率為約50mD的砂粒充填物13。容器12充滿滲透率為約750mD的砂粒充填物14。每個(gè)砂粒充填物的直徑為2.5cm，長(zhǎng)度為30cm。在93℃和6.9MPa的側(cè)限壓力下進(jìn)行處理。用2倍于孔體積的2wt％KCl和2倍于孔體積的pH為4的HCl預(yù)沖洗砂粒充填物。固結(jié)處理步驟包括使用實(shí)施例1的膠體二氧化硅#3，并將pH調(diào)整到8。附圖5給出了在容器11和12的出口15和16處，分別收集的液體體積，以及注入壓力。在大約25分鐘內(nèi)，出口15處未收集到流體；只有高滲透率的砂粒充填物被固結(jié)。在第一階段的后期，開始導(dǎo)向并在出口16處收集到液體。大約103分鐘以后，低滲透率充填物13被堵塞。并觀察到低滲透率充填物的堵塞和隨后的高滲透率充填物的優(yōu)先流過。
實(shí)施例6導(dǎo)向劑條件下的注入能力和導(dǎo)向性實(shí)施例5證明不均勻區(qū)域的完全處理可以用僅基于膠體二氧化硅的固結(jié)液來實(shí)現(xiàn)；添加粒度為約0.5到約100μm的較大微米顆粒，可以顯著的降低處理步驟的持續(xù)時(shí)間，以及減少所需泵送的容積。對(duì)三種較大顆粒進(jìn)行測(cè)試。這些顆粒的粒度分布列于下表4中。粒度分布就是，例如，80％的類型A的顆粒具有約4.7到約51.8μm的粒度。
表4

使用附圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置。在93℃和6.9MPa的側(cè)限壓力下注入固結(jié)液。固結(jié)液的pH用15wt％的HCl溶液調(diào)整到7到8。向例5的固結(jié)液中，加入濃度為0.1wt％到0.5wt％的微米顆粒A、B和C的溶液。
圖6給出了實(shí)驗(yàn)中的平均流速(6-A)和容器出口處收集的液體體積(6-B)，該實(shí)驗(yàn)使用附圖4所示的裝備進(jìn)行，其時(shí)將云母顆粒和淀粉的組合物(顆粒粒度為0.5μm到100μm，平均直徑為14.5μm)加入膠體二氧化硅溶液中，以為提高當(dāng)?shù)诙涮钗餅楦邼B透率充填物(750mD)時(shí)流向低滲透率砂粒充填物(50-70mD)的導(dǎo)向性。
當(dāng)類型A顆粒占0.25wt％時(shí)，在僅僅10分鐘以后，就觀察到低滲透率充填物開始出現(xiàn)固結(jié)，并且流速比(高滲透率低滲透率)變?yōu)?∶1。未添加導(dǎo)向劑時(shí)，該比值預(yù)期為10∶1到15∶1。因此，較大的微米顆粒的添加，導(dǎo)致低滲透率充填物相關(guān)流速的增加。在大約40分鐘之后，兩砂粒充填物都被堵塞。
圖7給出了隨時(shí)間函數(shù)變化的平均流速(附圖7-A)，該平均流速為含有類型B顆粒(在該實(shí)施例中為0.5wt％)的固結(jié)液流過高滲透率充填物(750mD)和低滲透率充填物(50mD)時(shí)的平均流速。附圖7-B給出了每個(gè)砂粒充填物出口處收集的液體體積。類型B顆粒的效果要比類型A顆粒的效果略差，其在20分鐘之后開始出現(xiàn)低滲透率充填物的固結(jié)，而且高滲透率充填物和低滲透率充填物的流速的平均比變?yōu)榧s6∶1。
圖8顯示類似于圖6中所示的結(jié)果，其時(shí)將沉淀二氧化硅顆粒(粒度為0.5μm到100μm，平均直徑為3.4μm)組合物添加至膠體二氧化硅溶液中，以提高流向低滲透率砂粒充填物(50-70mD)的導(dǎo)向性。使用該導(dǎo)向劑后，流速比(高滲透率低滲透率)變?yōu)榻咏?∶1。
圖8-A給出了隨時(shí)間函數(shù)變化的平均流速(附圖7-A)，該平均流速為含有類型C顆粒(在該實(shí)施例中為0.1wt％)的固結(jié)液流過高滲透率充填物(750mD)和低滲透率充填物(50mD)時(shí)的平均流速。附圖8-B給出了每個(gè)砂粒充填物出口處收集的液體體積。兩個(gè)砂粒充填物幾乎同時(shí)被固結(jié)，高滲透率充填物和低滲透率充填物的流速的平均比約為1∶1，這表明膠體顆粒和與類型C顆粒類似的微米顆粒的結(jié)合，導(dǎo)致非均勻地層的均勻化處理。
圖9給出了類似于圖6所示的結(jié)果，其時(shí)將圖6所述云母顆粒和淀粉的組合物添加至膠體二氧化硅溶液中，以提高流向低滲透率砂粒充填物(50-70mD)的導(dǎo)向性，并且測(cè)試系統(tǒng)用緩沖液預(yù)沖洗以預(yù)處理砂粒充填物的pH值。該測(cè)試使用類型A顆粒(在該實(shí)施例中為0.5wt％)，并在注入膠體二氧化硅溶液前，用pH值為9.3的緩沖液進(jìn)行預(yù)沖洗，這也包含用緩沖劑將其pH值調(diào)整至9.3。附圖9-B給出了每個(gè)砂粒充填物出口處收集的液體體積。兩個(gè)砂粒充填物幾乎同時(shí)被固結(jié)，高滲透率充填物和低滲透率充填物的平均流速比約為3∶1，這表明更多的液體被注入，并且通過控制系統(tǒng)的pH值導(dǎo)流效果得到提高。
權(quán)利要求
1.一種完善地下地層中未固結(jié)區(qū)域的方法，包括注入膠體顆粒水溶液和至少一種選自pH調(diào)節(jié)劑和/或離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的成分，用以形成將顆粒結(jié)合在一起的硬凝膠從而固結(jié)所述區(qū)域的步驟，和隨后的水力壓裂所述固結(jié)區(qū)域的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述方法，所述膠體顆粒平均直徑為4到100nm。
3.如權(quán)利要求1或2所述方法，所述膠體顆粒是二氧化硅顆粒。
4.如權(quán)利要求3所述方法，所述膠體二氧化硅顆粒以二氧化硅濃度為2到50wt％的溶液形式存在，且所述溶液可以含有濃度為0.1到10wt％的乙二醇、丙二醇或甲醇。
5.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，所述固結(jié)區(qū)域抗壓強(qiáng)度大于1.72MPa，待固結(jié)區(qū)域的深度為約15到90cm。
6.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，所述離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑為鹽水，pH調(diào)節(jié)劑是酸或堿，且pH調(diào)節(jié)劑和/或離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的濃度為0.1到5wt％。
7.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，在水力壓裂步驟中，裂縫的長(zhǎng)度要大于固結(jié)區(qū)域深度的2倍，注入的固結(jié)液的體積為待固結(jié)地層孔體積的約2到10倍。
8.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，還包括使用暫停方案(hesitationscheme)注入固結(jié)處理物。
9.如上述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，所述膠體顆粒是帶電的。
10.一種完善地下地層中未固結(jié)區(qū)域的方法，包括向所述區(qū)域注入膠體二氧化硅、微米顆粒、pH調(diào)節(jié)劑和/或離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的水溶液來形成將顆粒結(jié)合在一起的硬凝膠從而固結(jié)所述區(qū)域的步驟，和隨后的水力壓裂所述固結(jié)區(qū)域的步驟。
11.如權(quán)利要求10所述方法，所述微米顆粒選自下組，該組包括云母、沉淀二氧化硅、熱解二氧化硅、非膨脹粘土和淀粉，所述微米顆粒的80％粒度為約1到60μm。
全文摘要
一種完善地下地層中未固結(jié)區(qū)域的方法，該方法包括固結(jié)步驟。該固結(jié)步驟通過注入含有pH調(diào)節(jié)劑和/或離子強(qiáng)度調(diào)節(jié)劑的膠體顆粒水溶液來實(shí)現(xiàn)。形成的硬凝膠將顆結(jié)合在一起。固結(jié)后緊接著進(jìn)行水力壓裂。流向低滲透率區(qū)域的導(dǎo)向性可以通過微米顆粒的使用來改善。
文檔編號(hào)E21B43/26GK1878927SQ200480033270
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2004年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月11日
發(fā)明者塞繆爾·達(dá)尼坎, 戈?duì)柷欣铩に_拉馬特, 亞歷詹德羅·佩納, 埃里克·尼爾森 申請(qǐng)人:施藍(lán)姆伯格技術(shù)公司