專利名稱：局部澆灌減滲劑來切斷延井層段下伏含水層間流體通道的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從地下產(chǎn)油地層采收石油的方法，更具體地說，涉及利用一種減低滲透性的物質(zhì)，以下稱“減滲劑”，采收石油的方法。
近井筒產(chǎn)油層段或驅(qū)動流體注入層段和下伏含水層之間的流體通道會減少毗連的產(chǎn)油地層石油采收率。流體通道或者能橫斷分隔層段與含水層的滲透性基巖產(chǎn)生，或者能通過一或多個連接層段與含水層的垂直斷裂面或斷裂網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生。
當(dāng)石油從橫斷近井筒的生產(chǎn)層段開采到貫穿地層的井筒時，只要在層段和含水層間有流體通道，含水層中的水勢必向上遷移到生產(chǎn)層段中。水遷移到生產(chǎn)層段中就叫做水錐旋。水錐旋有兩個消極的后果第一是滯留在生產(chǎn)層段的水會堵塞或明顯減少石油從外圍地層通向井筒的流道。第二個后果是出水會爭奪和減少出油。結(jié)果從井筒出水對出油的比值，當(dāng)出現(xiàn)水錐旋時，高得令人不能接受。
層段與含水層之間的流體通道不管是橫斷垂直的斷裂面還是穿透基巖，導(dǎo)致的水錐旋都是極難排除的。處理水錐旋的傳統(tǒng)方法是對井筒的生產(chǎn)層段下部全面涂以水泥。遺憾的是，井筒的水泥灌漿充其量也不過只是稍微減少水錐旋和隨后的出水。水錐旋通常在水泥處理后不久又在未涂水泥的生產(chǎn)層段上部再次出現(xiàn)，因而否定了這種處理法的有效性。
要是與生產(chǎn)層段有流體通道，另一種處理水錐旋的方法是向斷裂面或者基巖中澆灌凝膠。凝膠處理法能夠堵塞含水層的水向生產(chǎn)層段遷移，這種方法也由于層段中存在凝膠，破壞生產(chǎn)層段而不受歡迎。甚至局部澆灌凝膠的嘗試，諸如區(qū)域機械隔離法也不完全令人滿意，因為凝膠往往遷移到生產(chǎn)層段。由于采用目前技術(shù)澆灌凝膠，很難既有效地防止水錐旋又不致過分破壞生產(chǎn)層段。已知的凝膠處理法對防止水錐旋實效是有限的。
下伏含水層和驅(qū)動流體注入層段之間有流體通道的地方就有和水錐旋相反的難題。石油驅(qū)動流體通常經(jīng)由注入井筒的注入層段注入產(chǎn)油地層，以便把石油排代到毗鄰的生產(chǎn)井筒。在注入層段與下伏含水層之間有流體通道的地方，特別是在近井筒處，驅(qū)動流體就不合乎需要地轉(zhuǎn)向，離開地層的外圍產(chǎn)油區(qū)進(jìn)入下伏含水層中。
同凝膠不適于處理生產(chǎn)層段中的水錐旋的原因一樣，凝膠也不適于處理驅(qū)動流體從注入層段流失。當(dāng)用凝膠堵住注入層段與含水層間的通道時，即使在區(qū)域隔離的情況下，相應(yīng)的注入層段的堵塞事實上不可避免。因此，凝膠處理法令人不能接受地降低了注入井筒的注入率，也降低了來自鄰近生產(chǎn)井筒的采油量。
需要一種處理方法，在近井筒的生產(chǎn)層段或注入層段下部局部澆灌減滲劑，這兩個層段與下伏含水層經(jīng)由滲透性基巖或垂直斷裂面上的流體通道。還需要一種處理方法，在層段下部澆灌減滲劑時，此法不會明顯減少近井筒層段上部和外圍產(chǎn)油地層間的流體通道。
本發(fā)明是一種切斷近井筒層段下面含水層間流體流動的方法。層段或者被注入井筒，或者被生產(chǎn)井筒所貫穿。這種注入層段和產(chǎn)油層段都與產(chǎn)油池之間有流體通道。
就生產(chǎn)井筒來說，本方法防止水錐旋及其伴隨的后果，包括降低近井筒生產(chǎn)層段的相對透油性和含水層中的水進(jìn)入井筒。就注入井筒來說，本方法防止驅(qū)動液體從近井筒注入層段向下伏含水層流動。
本方法包括向近井筒的全部垂直層段澆灌一種流動性的減滲劑。澆灌減滲劑繼之以向?qū)佣紊喜坑锌刂频刈⑷胍环N不太重的氣體。這種氣體從層段上部把減滲劑排代出來，進(jìn)入地層，減滲劑在那里消散而不致明顯改變井的注入和生產(chǎn)能力。減滲劑注入層段下部，包圍住與下伏含水層有流體通道的滲透性基巖或者斷裂面，停留在那里并由流動態(tài)轉(zhuǎn)變成不流動度來實現(xiàn)滲透性的減低。
本法使得減滲劑在生產(chǎn)層段下部的局部澆灌離井筒有足夠的距離，能夠有效地防止不合乎需要的水錐旋或驅(qū)動流體的消散，而不致過分破壞層段上部。排代氣體的使用免除了向?qū)佣尉植抗嗳霚p滲劑，因為氣體能使產(chǎn)油池和井筒層段的整個上部之間的合乎需要的流體通道恢復(fù)，即使在向上部澆灌減滲劑之后。因此，本法在不使用區(qū)域機械隔離和昂貴的研究檢查裝置的情況下有利地實行。
在第一個實施方案中，本發(fā)明是一種用排代氣體向近井筒出油層段的下部局部澆灌減滲劑的處理法。在第二個實施方案中，本發(fā)明是一種用排代氣體向近井筒注入層段的下部局部澆灌減滲劑的處理法。
這兩個實施方案的方法最好既應(yīng)用于層段與產(chǎn)油池間的流體通道又應(yīng)用于層段與下伏含水層間的流體通道，也就是層段呈現(xiàn)良好的垂直滲透性。這種層段可與含水層橫穿基巖或大體上垂直的斷裂面有流體通道，這類基巖或斷裂面對含水層的水或澆灌的驅(qū)動流體是滲透性的。
這里使用的一個名詞“垂直斷裂面”，包括連接層段與含水層的單個的大體上垂直的斷裂面，多數(shù)連接層段與含水層大體上垂直彼此平平行的斷裂面，或連接層段與含水層大體上垂直彼此連續(xù)的斷裂網(wǎng)絡(luò)。
這里使用的“近井筒”是指與井筒有直接流體通道的地層，從井筒面徑向延伸有限的距離所形成的地區(qū)。近井筒最好從井筒面延伸徑向距離約10米以下，更好是從井筒面約30米以下。近井筒是本發(fā)明適宜的處理區(qū)域。
向近井筒層段的下部局部澆灌減滲劑的方法是首先用常規(guī)方式向整個近井筒層段注入液態(tài)流動減滲劑。接著以有控制的速度和注入壓力向?qū)佣巫⑷肱糯鷼怏w，這是本行業(yè)的人已知的，把排代氣體優(yōu)選進(jìn)入層段上部增至最大限度，排代氣體進(jìn)入層段下部減至最小限度。
氣體基本上沿著徑向方向排代流動的減滲劑由層段上部離開近井筒。被徑向排代的減滲劑進(jìn)入地層消散，在那里不致明顯減少井的生產(chǎn)能力和排代能力。氣體在某種程度上也會從層段的上部沿向下方向排代一部分減滲劑進(jìn)入層段下部。氣體排代的凈效應(yīng)是基本上恢復(fù)層段上部對合乎需要的注入驅(qū)動液和開采到的石油的滲透性。
與減滲劑的密度比較，較低的氣體密度提高了選擇排代氣體進(jìn)入層段上部的地位。氣體比重是在約0.001和約0.2之間，最好在約0.005和約0.1之間。減滲劑的比重是在約0.94和約2.0之間，最好在約1.0和約1.5之間。
排代氣體最好也是惰性的且與減滲劑不溶混。與優(yōu)選的減滲劑共同使用的優(yōu)選的排代氣體是氮氣或天然氣，雖然事實上任何其它滿足此處列舉的密度和溶混性條件的氣體都可在本發(fā)明中使用。
排代氣體注入后，貫穿層段的井筒最好封閉，以使前此層段上部的流動性減滲劑轉(zhuǎn)變成不流動態(tài)。象在此處用的那樣，這種減滲劑只要能用排代氣體從近井筒層段上部排代出來，就是流動性的只要有足夠的結(jié)構(gòu)當(dāng)井筒在注入和生產(chǎn)操作上能夠耐得住從層段下部擴散出去，就是不流動的。
減滲劑定形成為不流動狀態(tài)后，井筒就象注入或生產(chǎn)井筒那樣恢復(fù)正常作業(yè)。就生產(chǎn)井筒來說，水錐旋較好地減少，產(chǎn)油量維持處理前的量或有增加，而出水量減少。就注入井筒來說，流失給含水層的驅(qū)動流體的量較好地減少，而不致顯著削弱層段的注入率。
滿足上列標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)選的減滲劑是一種交聯(lián)的聚合凝膠?！澳z”這一名詞，照本文所用的，是指一種連續(xù)的體型交聯(lián)聚合網(wǎng)絡(luò)，并把液體吸收到網(wǎng)絡(luò)的間隙中。交聯(lián)聚合凝膠由交聯(lián)聚合物，交聯(lián)劑、和液體溶劑組成。
交聯(lián)聚合物最好是含羧化物的聚合物。含丙烯酰胺的聚合物中，最優(yōu)選的是聚丙烯酰胺(PA)，部分水解的聚丙烯酰胺(PHPA)、丙烯酰胺和丙烯酸酯的共聚物，和含羧化物的丙烯酸酯的三元共聚物這里有用的PA，其酰胺的約0.1%-約3%水解。這里的PHPA，其酰胺的大于約3%水解。
凝膠中的交聯(lián)劑在相同或不同的聚合物分子的羧化物位間實現(xiàn)化學(xué)交聯(lián)。聚合物的交聯(lián)形成凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。交聯(lián)劑最好是一種含活性過渡金屬陽離子的分子或絡(luò)合物。最優(yōu)選的交聯(lián)劑由與陰離子、原子氧或水配位或鍵合的三價鉻陽離子。典型的交聯(lián)劑是三乙酸鉻和三氯化鉻。交聯(lián)劑中含有的，可用于本發(fā)明的其它過渡金屬陽離子，雖然不太優(yōu)選，有氧化還原系統(tǒng)中的CrⅥ，AlⅢ，F(xiàn)eⅡ，F(xiàn)eⅢ和ZrⅣ。
液體溶劑可以是那些能夠使聚合物和交聯(lián)劑在其中溶解、摻混、懸浮或分散來促使凝膠的生成。溶劑最好是一種諸如蒸餾水，淡水或鹽水之類的含水液體。
US4，683，949提出了在本發(fā)明中有效的一些最優(yōu)選的凝膠，編在此處以供參考。
凝膠的形成方法是把聚合物和交聯(lián)劑在地面上摻合。地面摻合概括地包括，主要是或者在注入前于地面上拌合散裝凝膠組分，或者在井口或靠近井口在注入時用進(jìn)油管路混合法同時拌合凝膠組分。所需的凝膠量隨層段的特性、毗鄰地層和其中所含的流體而變，本行業(yè)的人是容易測定的。
聚合物和交聯(lián)劑剛一接觸便引發(fā)了交聯(lián)作用，或稱膠凝作用，然后就繼續(xù)下去直到不是交聯(lián)劑就是聚合物的交聯(lián)位用光為止。凝膠是在交聯(lián)作用完成前以流動裝態(tài)注入層段的，這時凝膠尚未成熟。在排代氣體注入后凝膠就地交聯(lián)完結(jié)，即達(dá)到成熟。徹底的交聯(lián)使凝膠轉(zhuǎn)變成不流動狀態(tài)。
下列實施例證明本發(fā)明的實施和應(yīng)用，但不能解釋為對本發(fā)明范圍的限制。
實施例在清潔的高滲透性、高斷裂的砂石地層上建立儲油池。此池深達(dá)1700米。油池壓力為21，000KPa。油池溫度為88℃?，F(xiàn)場油粘度為0.5CP。油池產(chǎn)油層層段厚約26米，直接復(fù)蓋在一活性含水層上，該層一直延伸到生產(chǎn)地層。地層的縱橫滲透性基本相同。平均有效滲透率在油池條件下殘余油飽和量為285md。在油池產(chǎn)油層的層段上部21米處，把貫穿地層的井打孔。開始時該井每日產(chǎn)油14，800m3，每日出水0m3。但生產(chǎn)幾周后，井中開始出水，并于此后井中所出的含水餾分快速增加。所出水的比重為1.03。生產(chǎn)兩個月后，井中每日產(chǎn)油僅為330m3，而每日出水則為10，800m3。原因是穿過基巖油池的巖石上出現(xiàn)水錐旋所致。
為處理水錐旋，將1260m3未成熟的流動性交聯(lián)聚丙烯酰胺凝膠注入油井打孔的層段。凝膠所含聚丙烯酰胺的“淡水”溶液的濃度為4.5%(重量)，分子量為500，000，水解度為0.50.5%(摩爾)。聚丙烯酰胺與三乙酸鉻按PA∶CrAc3＝9∶1進(jìn)行交聯(lián)。這種凝膠處理法是在整個基巖從井筒面達(dá)4.3米的徑向距離處切斷的。
在生產(chǎn)層段上半部的未成熟凝膠在31小時的時限內(nèi)注入體積為56，600標(biāo)準(zhǔn)m3的天然氣，井下的注入壓差為140KPa(可能有波動)，注入層段有將凝膠排代出來。氣體注入剛一結(jié)束，就將油井封閉48小時，使凝膠熟化。以后該油井即恢復(fù)產(chǎn)油。
治理以后，井中產(chǎn)油量開始穩(wěn)定在每日1820m3，出水量為3210m3。治理后兩個月同時油井產(chǎn)油每日為1640m3，出水每日為3740m3。治理后的生產(chǎn)記錄表明，可流體幾乎完全來自鉆孔層段上半部，而治理前的生產(chǎn)記錄則表明，大量流體來自生產(chǎn)層段下半部。
權(quán)利要求
1.一種向近井筒層段局部澆灌減滲劑的方法，該層段有下伏含水層與該層段間有流體通道，此方法包括向該近井筒層段的上部和下部注入一種流動性的減滲劑；向該層段的該上部注入一種密度明顯小于該流動性減滲劑的氣體來從該減滲層段的該上部把該流動性減滲劑排代出來；把該層段該上部的該流動性減滲劑轉(zhuǎn)變成不流動的減滲劑，此劑明顯減少該層段該上部與該下伏含水層間的流體通道。
2.權(quán)利要求1的方法，其中該流動性減滲劑為一種未成熟的交聯(lián)聚合凝膠。
3.權(quán)利要求2的方法，其中該凝膠由一種含丙烯酰胺的聚合物和一種含金屬陽離子的交聯(lián)劑組成。
4.權(quán)利要求3的方法，其中該含丙烯酰胺的聚合物選自聚丙烯酰胺，部分水解的聚丙烯酰胺，丙烯酰胺和丙烯酸酯的共聚物，和含羧化物的丙烯酸酯的三元共聚物。
5.權(quán)利要求3的方法，其中該金屬陽離子選自鉻，鋁，鐵和鋯。
6.權(quán)利要求3的方法，其中該金屬陽離子是三價鉻。
7.權(quán)利要求1的方法，其中該層段是與儲油池間有流體通道的產(chǎn)油層段。
8.權(quán)利要求1的方法，其中該層段是與儲油池間有流體通道的注入層段。
9.權(quán)利要求1的方法，其中該層段與該含水層間的流體通道是橫穿滲透性基巖。
10.權(quán)利要求1的方法，其中該層段與該含水層間的流體通道是橫穿大體上垂直的斷裂面。
11.權(quán)利要求1的方法，其中該氣體基本上與該減滲劑不溶混。
12.權(quán)利要求1的方法，其中該氣體選自氮氣和天然氣。
13.一種向近井筒的產(chǎn)油層段局部澆灌減滲劑的方法，使該層段與該下伏含水層間流體通道引起的水錐旋明顯減少，此法包括向該近井筒的產(chǎn)油層段的上部和下部注入一種未成熟的流動性交聯(lián)聚合凝膠，其中該未成熟的流動性凝膠由一種含丙烯酰胺的聚合物和一種含金屬陽離子的交聯(lián)劑組成;向該近井筒的產(chǎn)油層段的該上部注入一種密度明顯小于該未成成熟流動凝膠且與該未成熟流動凝膠基本上不溶混的排代氣體來從該層段的該上部排代出該不成熟的流動性凝膠來;將該井筒封閉，時間足以使該層段的該下部的未成熟凝膠熟化成不流動的凝膠;橫穿該層段該上部產(chǎn)油，而明顯減少其水錐旋。
14.權(quán)利要求13的方法，其中該未成熟的凝膠滲入該層段該下部的地層基巖，來減低該基巖對該含水層中水的滲透性。
15.權(quán)利要求13的方法，其中該未成熟的凝膠滲入該層段該下部的垂直斷裂面，來減低該垂直斷裂面對該含水層中水的滲透性。
16.一種向與下伏含水層和產(chǎn)油池間有流體通道的近井筒注入層段局部澆灌減滲劑的方法，來使注入的驅(qū)動流體從該含水層向該產(chǎn)油池明顯轉(zhuǎn)向，此法包括向該近井筒的注入層段上部和下部注入一種未成熟的流動性交聯(lián)聚合凝膠，層段中該未成熟流動性凝膠由一種含丙烯酰胺的聚合物和一種含金屬陽離子的交聯(lián)劑組成;向該近井筒的注入層段的該上部注入一種密度明顯小于該未成熟的流動性凝膠且與該未成熟的流動性凝膠基本上不溶混的排代氣體來從該層段的該上部排代出該未成熟的流動性凝膠來;橫穿該層段的該上部向該產(chǎn)油池注入驅(qū)動流體。
17.權(quán)利要求16的方法，其中該未成熟的凝膠滲入該層段該下部的地層基巖，來減低該基巖對該驅(qū)動流體的滲透性。
18.權(quán)利要求16的方法，其中該未成熟的凝膠滲入該層段該下部的垂直斷裂面，來減低該垂直斷裂面對該驅(qū)動流體的滲透性。
19.本說明書涉及的全部發(fā)明。
全文摘要
近井筒層段與下伏含水層間流體通道的不合乎需要的流體流動向近井筒層段注入一種減滲劑，隨后用低密度氣體注入層段來把部分減滲劑局部排代出來進(jìn)入地層。這種氣體合乎需要地恢復(fù)了產(chǎn)油率和流體對層段的注入率，而停留在層段中的減滲劑切斷了層段與含水層間的流體通道。
文檔編號E21B33/13GK1060512SQ9110900
公開日1992年4月22日 申請日期1991年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1990年10月12日
發(fā)明者羅伯特·D·思丹斯克 申請人:馬拉索恩石油公司