專利名稱：用氮強化氫氧化鉀處理井眼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用氮來改進氫氧化鈉水溶液穩(wěn)定粘土層的方法。
含有細粒的砂巖地層在其所含的細粒與含有不同于原生水的離子組成的水溶液接觸時會受到損害。這會使?jié)B透率降低，因而使通過注入井和生產(chǎn)井的流體流量減少。這種現(xiàn)象在鹽水逐漸變?yōu)榈牡貙又杏葹槠毡椤Ｋ龅摹凹殹绷２幌抻谡惩?，而是包括砂巖孔隙體內(nèi)的所有膨脹的和可能流動的細粒。這種細粒的例子有粘土礦物、大表面積的二氧化硅(SiO2)砂物、長石、云母和重晶石。
“較淡”的鹽水侵入砂巖地層的方式可以是多種多樣的。例如，下面的含水層的侵入、增強的采油過程的侵入、用于處理近井眼現(xiàn)象的流體的侵入等等。這種侵入會造成兩種不同的粘土損害。第一種是可膨脹的粘土(例如具有隙間層的微晶高嶺土)在與其與較淡的鹽水接觸時膨脹，從而使?jié)B透率降低，使通過那里的流體的流量減少。第二種是淡水流經(jīng)砂巖地層時使可遷移的粘土(如膠結(jié)得不好的高嶺石和伊利石粘土顆粒)脫離砂巖地層，并使這些粘土顆粒捕集在地層的隙間喉道縫隙中，從而降低了滲透率，使流經(jīng)那里的流體量減少。較淡的鹽水侵入含粘土砂巖地層造成這兩種滲透的損害。
為了克服這一問題，美國專利第3，640，343號介紹了一種方法，該方法是注入含SiO2的堿金屬硅酸鹽的水溶液，以使這種地層穩(wěn)定，特別是在鉆井或生產(chǎn)流體時注入。美國專利第4，536，304號介紹了通過使含氮的陽離子全氟化化合物與細粒接觸而使地層中的細粒穩(wěn)定的方法。這種處理可以與酸化過程一起進行。技術(shù)上還有采用有機的聚陽離子聚合物來防止減少地下地層中的膨脹粘土或遷移的細?；蚨叩慕M合物的有害作用?？蓞⒁娒绹鴮＠?，366，071;4，366，072;4，366，073;4，366，074;4，374，739;4，460，483和4，462，718號。
美國專利第4，534，413號介紹了一種增加井內(nèi)水的流量的方法，該方法是注入液態(tài)或氣氮和(或)液態(tài)二氧化碳，并交替地使井增壓和減壓，以使井壁與水源之間的地層受到高壓的作用和產(chǎn)生斷裂，從而使進入井中的水流量增加。
美國專利第4，280，560號介紹了用氫氧化鉀使含有對水敏感的細粒的砂巖地層穩(wěn)定的方法，該氫氧化鉀與細粒相互作用以基本上防止由于具有不同于原生水的離子組成的水的侵入而使地層的滲透率受到損害。氫氧化鉀使細粒不能流動。
對已受到可遷移的細粒損害的注入井或生產(chǎn)井進行處理的方法，是首先在壓力作用下將氮注入地層，并使氮在井眼中來回涌動以除去松動的細粒。這一步處理可重復(fù)進行，重復(fù)次數(shù)視所處理的地層的性質(zhì)及其受損害的程度而定。以后，對井進行提撈，以除去所有外來的顆粒。接著將增溶于軟水中的氯化鉀注入井眼，并使其浸泡足夠的時間，以使鉀與儲油巖石中的鈉進行陽離子交換。此后，注入氫氧化鉀，并將其驅(qū)替至受到細粒有害影響的油層中，使其浸泡足夠的時間，以改變粘土的硅酸鹽組成和化學性質(zhì)，使其對淡水不敏感。
受到敏感的粘土損害的，更具體地說，受到可遷移的細粒損害的生產(chǎn)井和注入井用本發(fā)明的方法進行處理。這種井含有可遷移的細粒，這些細粒是在淡水流經(jīng)砂巖地層時脫離該地層并被捕集在地層的隙間喉道的縫隙中，從而使地層的滲透率受到損害。這些顆粒不但包括粘土，還包括粘土礦物、大表面積的二氧化硅(SiO2)礦物、長石、云母和重晶石;這些顆粒易由于隙間水或原生水的離子性質(zhì)的改變而膨脹。
處理時首先將氮或類似的惰性氣體注入地層。注入氣體時所采用的壓力要足以使氣體能流回遠離井眼的地層中。此后，迅速降低壓力，使該氣體向里壓回到井眼中，這時氣體夾帶著可遷移的細粒。該操作可重復(fù)進行，重復(fù)次數(shù)根據(jù)井受損害的程度而定。同樣氣體增壓與迅速減壓之間的時間間隔長短也取決于受損害的程度與井眼的徑向距離、所要處理的油層。此后，對井進行提撈、抽汲或反循環(huán)以除去涌動的氣體所帶出的顆粒。
然后用氯化鉀(KCl)的軟水溶液處理井，軟水和生成的KCl溶液最好是不含二氧化硅的。使KCl與砂巖地層接觸足夠時間，以使鉀與粘土中的鈉能進行陽離子交換。足以進行陽離子交換的接觸時間約為4～64小時，最好為8～32小時左右。KCl注入量宜約為100～10，000磅/孔隙率·英尺，最好約為500～5，000磅/孔隙率·英尺?！鞍?孔隙率·英尺”的定義是產(chǎn)品(即KCl)的干重或100%有效重量除以總的孔隙率英尺?？紫堵视⒊叩亩x是井眼的線深度乘以儲油巖石的孔隙率或平均孔隙率。因此，1孔隙率英尺可等于巖石的10英尺垂直深度乘以10%孔隙率。用以溶解KCl的水不含二價陽離子，而且所含的E含一價陽離子的鹽類的量宜少于1000ppm左右，最好少于100ppm左右。這種水在這里稱之為“軟水”。注入足量的KCl水溶液也是為了要驅(qū)替或沖淡任何二價陽離子，使其離開所要處理的地層。對于一典型的井來說，該用量約為100～10，000磅/孔隙率·英尺KCl(干重)，最好約為500～5000磅/孔隙率·英尺KCl(干重)。水溶液中KCl的濃度可以是2%(重量)左右，直至達到飽和點，最好約為3～5%(重量)，但在任何情況下都應(yīng)超過原生水的濃度。
此后，將氫氧化鉀(KOH)溶液注入井內(nèi)。約有100～100，000(宜為500～50，000左右，最好為10，000左右)磅/孔隙率·英尺的氫氧化鉀注入地層中。氫氧化鉀是溶于水中的，水中最好不含二價陽離子，更好的是水中所含的含一價陽離子的鹽類的量要少于1000ppm左右。此外，該水溶液最好不含二氧化硅。氫氧化鉀水溶液的濃度宜為1～50%(重量)左右或達到氫氧化鉀在水中的飽和點。該濃度宜在2～45%(重量)左右的范圍內(nèi)，最好約為15～30%(重量)。
注入氫氧化鉀時最好使其沿徑向射出而進入儲油巖石，進入的深度至少約為25英尺，最好為50英尺左右;但該徑向距離取決于地層的受損害程度。
重要的是，將氫氧化鉀水溶液注入地層的操作一旦開始就得連續(xù)進行。對一般井來說，注入速率宜約為2～20桶/小時，最好約為5～10桶/小時。但注入速率取決于所要處理的地層的厚度。例如，如果所處理的地層的厚度為50英尺，那么注入速率約為10～100桶/小時。但如果地層厚度約為10英尺，那么注入速率約為2～10桶/小時。如前所述，一旦開始注入氫氧化鉀，最好不要中斷。如果停止注入，原生水就可能回流并擴散到所處理的地層中，與氫氧化鉀溶液混合，使二價陽離子與氫氧化鉀生成不希望的沉淀。
注入氫氧化鉀后再注入一種驅(qū)替液，以將氫氧化鉀驅(qū)替出去，使其進入所要處理的地層。該驅(qū)替液可采用KCl水溶液或弱無機酸(例如7.5%(重量)HCl溶液)，最好所用的水宜不含二價陽離子，更好的是其所含的含一價陽離子的鹽類的量要少于1000ppm左右。氮或二氧化碳或類似的惰性氣體也可用作驅(qū)替流體，它們適用于正在進行預(yù)處理以防止粘土受損害的生產(chǎn)井。
將氫氧化鉀驅(qū)替出井眼并進入地層時，最好使地層的所有對粘土敏感的表面都與氫氧化鉀接觸。此后，關(guān)井，并使細粒與氫氧化鉀接觸約4～64小時，更好的是接觸8～32小時，最好接觸約16小時。要有足夠的時間使氫氧化鉀能“永久地”改變粘土的硅酸鹽組成和化學性質(zhì)，使其對淡水不敏感。經(jīng)過這樣處理后，該粘土在很長時間內(nèi)對淡水都是不敏感的。
此后，該井恢復(fù)正常使用，例如，如果是生產(chǎn)井就可進行生產(chǎn)，如果是注入井就可又將水注入井內(nèi)。當油或水這樣的流體通過地層時，井對它們的滲透率提高了。
實施例1本實施例是對一地層的厚度約為20英尺、地層的孔隙率約為23%的受損害的注入井進行處理。處理時將5000標準立方英尺(SCF)的氮注入地層，注入時所采用的壓力足以使氮流出井眼而進入地層，深入到井眼的徑向，距離25英尺處。卸除施加在井上的壓力，于是氮氣又涌回到井眼中，同時帶來了可遷移的細粒。對井進行提撈以清除井內(nèi)的顆粒。然后將KCl水溶液注入，對井進行處理，該KCl水溶液是由12，500磅KCl溶于水而得，水中所含的含一價陽離子的鹽類的量約為1000ppm。KCl在水中的濃度約為3.5%(重量)。氯化鉀的注入速率約為40桶/小時(BPH)。關(guān)井20小時，使鉀陽離子與KCl溶液所接觸的細粒內(nèi)的鈉陽離子進行離子交換。此后，用約48小時的時間將約340桶(BBLS)氫氧化鉀水溶液連續(xù)注入地層。氫氧化鉀在水中的濃度約為30%(重量)。然后，將約1000BBLS的軟水注入井中，以驅(qū)替出氫氧化鉀，使其進入地層。然后關(guān)井20小時。此后恢復(fù)井的使用。與處理前的井相比較，井對水流的滲透率提高了，而且水的注入速率也提高了。
實施例2本實施例是對一地層的厚度約為60英尺、孔隙率約為17%的受損害的生產(chǎn)井進行處理。處理時在約2000PSi的壓力下將10，000SCF的氮注入地層中。此后，卸除施加在井上的壓力，使氮氣涌回到井眼中。對井進行抽汲以滑除井眼內(nèi)的顆粒。然后注入KCl水溶液對井進行處理，該KCl水溶液系由30，000磅KCl溶解于水而得，用以溶解KCl的水中含有約80ppm的含一價陽離子的鹽類，這比原生水中鹽的濃度低得多。KCl在水中的濃度約為5%(重量)。KCl的注入速率約為100BPH。關(guān)井24小時，使鉀陽離子能與KCl溶液所接觸的細粒內(nèi)的鈉陽離子進行離子交換。此后，用48小時的時間將約600BBLS的氫氧化鉀水溶液連續(xù)注入地層。氫氧化鉀在水中的濃度約為15%(重量)。然后，將約10，000SCF的CO2注入井內(nèi)，以驅(qū)替出氫氧化鉀，使其進入地層。關(guān)井72小時。然后恢復(fù)使用。這時井對油流和水流的滲透率提高了。處理前井的總流體產(chǎn)量不到25BPD，而處理后增至200BPD。一個月以后井的平均產(chǎn)量為185BPD流體。
實施例3一口從粘土敏感的油層注水產(chǎn)油的生產(chǎn)井在見水后產(chǎn)量急劇下降，從原來的260BOPD(每日產(chǎn)油桶數(shù))降至50BOPD以下。該采油點地層的厚度為16英尺，孔隙率為14%。在3200PSig(磅/英寸2，表壓)的表面壓力下用4000SCF的氮處理該井，以使井眼附近的粘土顆粒流體化，并將其輸送到至少離井眼25英尺(最好是50英尺以外)遠的地層中。以25BPH的速率將300桶含有水團(Slng)的氯化鉀水溶液泵送入井內(nèi)，該氯化鉀水溶液系由6000磅100%有效KCl溶于經(jīng)過過濾的軟化水中而得，該水中一價陽離子的含量少于1000PPm然后立即以6BPH的速率將300桶的15%(重量)氫氧化鉀水溶液泵送入地層中，該溶液所用的水是經(jīng)過過濾的軟化水，水中不含鈣、鎂之類的二價陽離子和二氧化硅，其所含一價陽離子的量在1000PPm以下。然后用150桶礦產(chǎn)原油將KOH從井眼附近的區(qū)域驅(qū)替出去，并關(guān)井36小時。然后使該井按處理前的產(chǎn)率恢復(fù)生產(chǎn)，并由于以前注入的氮的膨脹和驅(qū)替作用而恢復(fù)油的過分洗井。在回收可動的KCl和KOH水溶液后，產(chǎn)量可增加，每周增加50BPD。持續(xù)產(chǎn)量達到150BFPD，為處理前的受損害的井的產(chǎn)量的3倍。
實施例4對一口將要注水的、處于粘土敏感的油層中的產(chǎn)生井進行預(yù)處理，以防止其在見水時受到損害。
該井的地層的厚度為18英尺、孔隙率為14%對其進行處理的方法是注入5000SCF的氮，注入時所采用的壓力要足以使氮能從井中流出而進入地層，深入到井眼的徑向距離50英尺處。
然后用KCl水溶液處理該井，該溶液系由10，000磅KCl溶于經(jīng)過過濾的軟水而得，該水所含的一價陽離子的鹽類的量在1000ppm以下。KCl水溶液的濃度為2.5%(重量)，并讓該溶液靠靜壓頭以10BPH的速率流入井中。關(guān)井16小時，以使鉀陽離子能與所接觸的油層區(qū)內(nèi)的粘土的鈉陽離子進行離子交換。此后，用48小時的時間將200桶含有軟水和15%(重量)氫氧化鉀的水溶液連續(xù)注入地層中。然后將約500桶軟水泵送入井內(nèi)，以將KOH溶液從井眼附近的區(qū)域驅(qū)替出去。再度關(guān)井16小時后，抽吸誘流。
該井按類似于處理前的產(chǎn)率生產(chǎn)一段較長的時間，在該期間最大的無水石油感受能力為220BPD。由于注水而見水，產(chǎn)生的水增加。產(chǎn)油率仍保持穩(wěn)定。與附近未用氫氧化鉀預(yù)處理的油井相比，其產(chǎn)油率高得多。而且，大部分油是從經(jīng)過處理的油井在見水后回收的。與其它生產(chǎn)井相比，見水后回收的給定量的油的水油比低于附近未處理的油井或控制井的水油比。
權(quán)利要求
1.一種使井眼附近被井的井眼穿透的地下砂巖地層穩(wěn)定的方法，所述的井與地下砂巖地層是流通的，地層含有可膨脹且可遷移的細粒，當該細粒與具有不同于原生水的離子組成的含水液體接觸時，易于使地層受到損害，使?jié)B透率降低，該方法依次包括以下步驟a.在壓力作用下注入有效量的基本上是惰性的氣體，使其經(jīng)井眼又離井眼而進入地層，注入時所采用的壓力要足以帶走存在于井眼附近的地層中的可遷移的細粒；b.降低氣體的注入壓力，使已夾帶可遷移的細粒的氣體經(jīng)井眼附近的地層流回到井眼中；c.使可遷移的細粒在井眼中沉積；d.從井眼中清除可遷移的細粒；e.注入第一種水溶液，使其經(jīng)井眼又流出而進入井眼附近的地層，深入到井眼的平均徑向距離約25英尺處，該水溶液含有軟水，軟水中約100～10，000磅/孔隙率·英尺的氯化鉀；f.關(guān)井，其時間的長短足以使第一種水溶液中的鉀離子與井眼附近的地層中的可膨脹的細粒中的鈉離子進行陽離子交換，該陽離子交換可膨脹的細粒由于與含有不同于原生水的離子組成的水溶液接觸而引起的膨脹減少；g.連續(xù)注入第二種水溶液水團(Slug)，使其經(jīng)井眼流出而進入地層，其速率要足以防止原生水流回井眼附近的地層中，所述的水溶液含有軟水，軟水中有約100～100，000磅/孔隙率英尺的氫氧化鉀；h.用一種驅(qū)替液將第二種水溶液驅(qū)替到遠離井眼之外，該處與井眼的平均徑向距離至少要大于25英尺左右，以接觸井眼附近區(qū)域內(nèi)和該區(qū)域外的可膨脹細粒和井眼附近區(qū)域外的可遷移的細粒；i.關(guān)井，其時間的長短要足以使井眼附近區(qū)域內(nèi)和該區(qū)域外的可膨脹的細粒和井眼附近區(qū)域外的可遷移的細粒以后不再會由于與不同于原生水的離子組成的含水液體接觸而使地層受到損害；j.使井恢復(fù)正常工作。
2.權(quán)利要求1的方法，其中步驟i，中的關(guān)井時間約為4～64小時。
3.權(quán)利要求1的方法，其中步驟f，中的關(guān)井時間約為4～64小時。
4.權(quán)利要求1的方法，其中第一種氯化鉀水溶液基本上不含二氧化硅。
5.權(quán)利要求1的方法，其中第一種水溶液基本上不含二價陽離子，但含約1000ppm的含一價陽離子的非氯化鉀鹽類。
6.權(quán)利要求1的方法，其中氯化鉀在第一種水溶液中的濃度從約2%(重量)到氯化鉀在軟水中的飽和點。
7.權(quán)利要求1的方法，其中步驟e，中約有500～5000磅/孔隙率英尺的氯化鉀被注入地層。
8.權(quán)利要求1的方法，其中驅(qū)替流體為軟水、石油、二氧化碳、氮或弱無機酸。
9.權(quán)利要求1的方法，其中第二種水溶液中氫氧化鉀的濃度約為15～30%(重量)。
10.權(quán)利要求8的方法，其中井眼為生產(chǎn)井，驅(qū)替液為原油。
11.權(quán)利要求1的方法，其中基本上是惰性的氣體為氮。
12.一種使井眼附近被井的井眼穿透的地下砂巖地層穩(wěn)定的方法，所述的井與地下砂巖地層是流通的，地層含有可膨脹且可遷移的細粒，當該細粒與具有不同于原生水的離子組成的含水液體接觸時，易于使地層受到損害，使?jié)B透率降低，該方法依次包括以下步驟a.在壓力作用下注入有效量的基本上是惰性的氣體，使其經(jīng)井眼又離井眼而進入地層，注入時所采用的壓力要足以帶走存在于井眼附近的地層中的可遷移的細粒;b.注入第一種水溶液，使其經(jīng)井眼流出而進入井眼附近的地層，深入到井眼的平均徑向距離約25英尺處，該水溶液含有軟水，軟水中約100～10，000磅/孔隙率英尺的氯化鉀。c.關(guān)井，其時間的長短要足以使第一種水溶液中的鉀離子與井眼附近的地層中的可膨脹的細粒中的鈉離子進行陽離子交換，該陽離子交換使可膨脹的細粒由于與含有不同于原生水的離子組成的水溶液接觸而引起的膨脹減少;d.連續(xù)注入第二種水溶液水團，使其經(jīng)井眼流出而進入地層，其速率要足以防止原生水流回井眼附近的地層中，所述的水溶液含有軟水，軟水中有約100～100，000磅/孔隙率英尺的氫氧化鉀;e.用一種驅(qū)替液將第二種水溶液驅(qū)替到遠離井眼之處，該處與井眼的平均徑向距離至少要大于25英尺左右，以接觸井眼附近區(qū)域內(nèi)和該區(qū)域外的可膨脹細粒和井眼附近區(qū)域外的可遷移的細粒;f.關(guān)井，其時間的長短要足以使井眼附近區(qū)域內(nèi)和區(qū)域外的可膨脹的細粒和井眼附近區(qū)域外的可遷移的細粒以后不會由于與不同于原生水的離子組成的含水液體接觸而使地層受到損害;g.使井恢復(fù)正常工作。
13.權(quán)利要求12的方法，其中惰性氣體為氮，有約5000SCF的氮被注入井眼。
14.權(quán)利要求12的方法，其中步驟f，中的關(guān)井時間約為4～64小時。
全文摘要
使對水敏感的地下地層的粘土穩(wěn)定的方法是將足夠量的惰性氣體(最好是氮)注入地層，以使含有可遷移的細粒的粘土基本上流體化，從而將其從地層中清除。此后，將含有氯化鉀的軟水溶液注入地層，以使鉀與可膨脹的粘土中的鈉進行陽離子交換，以減少其膨脹。然后將氫氧化鉀的軟水溶液注入地層。氫氧化鉀使粘土對具有不同于地層內(nèi)的原生水的離子組成的水溶液比較不敏感。這樣，本方法使地層遇到比原生水“較淡”的水時不會受到損害。本方法可很好地處理注入井或生產(chǎn)井。
文檔編號E21B43/22GK1043766SQ8910820
公開日1990年7月11日 申請日期1989年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月19日
發(fā)明者本杰明·F·斯洛特 申請人:馬拉索思石油公司, 迪沃克有限公司