專利名稱：使沙子固結(jié)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地層的固結(jié)方法，尤其是沙子的固結(jié)方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種使油井鉆探過程中遇到的地層固結(jié)、同時保持固結(jié)區(qū)域的滲透性的方法。
已知油井中沙子的存在會引起許多問題，例如堵塞油流(或氣流)和損壞鉆井設(shè)備等。
專利文獻描述了各種使鉆井過程中遇到的沙子固結(jié)的方法。
例如，US-A-3,481,403描述了一種使沙子固結(jié)的方法，包括注入一種烷基醚，然后注入一種樹脂。在文獻中還有其它以使用各種樹脂為基礎(chǔ)的變化。使用樹脂的所有方法都是特別復(fù)雜并且難以處理的，因為上述組合物必須用非常嚴格的過程制備，所以如果有想不到的雜質(zhì)存在，上述組合物可能是無效的。
使用樹脂的另一個缺點在于注入到地層中的溶液的粘度高(＞20cP)，該粘度阻礙了滲透率小于50mD的地層的處理。
用于使沙子固結(jié)的另一種方法在于與各種“固化劑”一起使用硅酸鈉，如US-A-1,421,706和US-A-3,175,611所述。
但是使用硅酸鈉也有缺點，特別是在降低固結(jié)的地層的滲透性方面是有缺點的。
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一種用于使油井或氣井中的沙子固結(jié)的方法，可以克服上述缺點。
根據(jù)這種方法，本發(fā)明涉及一種使產(chǎn)生流體的井中的沙子固結(jié)的方法，尤其是用于油井和/或氣井中，包括下列步驟1)任選地用無機鹽水溶液，優(yōu)選的是KCl預(yù)先沖洗；2)向地層注入基本由硅酸鈉水溶液組成的固結(jié)劑；3)向步驟(2)中處理的地層中注入惰性氣體，優(yōu)選的是氮氣，直至除去在步驟(2)中注入的多余的固結(jié)劑和水；
4)隨后向這樣處理的地層中引入25℃下pKa值為3～10之間的酸性水溶液，優(yōu)選的是選自氯化銨和醋酸。
本發(fā)明的方法在于必須順序進行這一系列步驟。
步驟(1)，或預(yù)先沖洗在本發(fā)明的方法中不是必須的，但是是希望的，因為它可以除去可能干擾后續(xù)階段的物質(zhì)，首先是地層水。
可以使用的預(yù)先沖洗的試劑是鹽水溶液，尤其是氯化鉀和氯化鈉的水溶液。
從潤濕性方面來講，任選的步驟(1)也使得制備的表面適用于隨后的步驟(2)。
步驟(2)的要點是向地層中引入硅酸鈉水溶液。
術(shù)語硅酸鈉應(yīng)用于變化比例的Na2O/SiO2的物質(zhì)，通常在1/2.40和1/3.85之間。
硅酸鈉溶液的含水量優(yōu)選的是在20～90％之間。
如對于本領(lǐng)域的專家已知的那樣，硅酸鈉是典型的固結(jié)劑或粘結(jié)劑。
步驟(3)的要點基本是向用硅酸鈉處理過的地層注入惰性氣體，優(yōu)選的是氮氣。這個操作能使多余的硅酸鈉從地層的間隙中除去，目的是在每個沙粒周圍留下硅酸鈉薄膜。步驟(3)還有除去多余水分并有助于沙粒與步驟(2)送入的硅酸鹽結(jié)合的目的。
所以，用無水的惰性氣體以足夠的時間進行步驟(3)以便除去水分并使得所說的硅酸鹽與沙子穩(wěn)定地結(jié)合是重要的。
步驟(3)涉及用惰性氣體處理2～10個小時，優(yōu)選的是4～6個小時，流量在500～400scf/h之間，優(yōu)選的是在1000～1500之間。
最后，步驟(4)的要點是向在步驟(3)結(jié)束時得到的這樣處理的地層中引入一種水溶液，所說的水溶液基本由pKa在3～10之間的酸性水溶液組成，優(yōu)選的是醋酸和/或氯化銨。優(yōu)選的是所說的酸溶液的含水量在10～90％之間。
使所說的酸具有上述范圍內(nèi)的kPa值是重要的。事實上，更強的酸的缺點是可能會與地層中可能存在的化合物反應(yīng)，因此阻塞了地層本身。另一方面，更弱的酸不會有必要的強度使得從所說的硅酸鹽中形成氧化硅。
下列實施例為本發(fā)明提供了更好的理解。
實施例1直徑為2.54cm、長10cm的合成橡膠管充滿顆粒尺寸為53～75μm的沙子。然后把所說的管子插入Hassler槽中；然后用壓縮空氣系統(tǒng)對所說的充滿沙子的管子施加約20kg/cm2的壓力。然后使3wt％的KCl水溶液通過所說的沙子。通過測量不同流量下流速的減小用Darcy方程測定所說的沙子的初始滲透率。
然后向所說的沙子中注入硅酸鈉水溶液(為了制備所說的溶液，使用70％的硅酸鈉母液稀釋到40°Be的溶液)。25℃時硅酸鈉溶液的粘度為10cP。在60℃下，以60ml/h的流量，連續(xù)注入所說的硅酸鹽溶液約2小時。在兩小時結(jié)束后，停止注入硅酸鹽，開始注入氮氣。在注入氮氣的前幾分鐘，收集由氮氣本身洗去的硅酸鹽溶液(約20ml)。在60℃以約20dm3/h的流量保持注入氮氣12小時。然后停止氮氣流，向所說的沙子中注入15wt％的氯化銨水溶液。以60ml/h的流量保持注入氯化銨溶液約3小時，然后通過測定在不同的流量下由于室溫下的KCl水溶液(3wt％)的通過產(chǎn)生的流速減小測定所說的固結(jié)的沙子的最終滲透性。
最后拆開所說的Hassler槽，從所說的合成橡膠管中取出固結(jié)的沙子。通過用Instron壓機測量耐壓強度的方法測定固結(jié)程度。
結(jié)果列于表1。
實施例2用實施例1所述的同樣的操作過程。所用的沙子的顆粒尺寸＜53μm。和實施例1中一樣測定初始的和最終的滲透率。用Instron壓機通過測量力學抵抗力測定固結(jié)程度。
結(jié)果列于表1。
實施例3所用的設(shè)備是實施例1中所述的設(shè)備。使用與實施例1中同樣的沙子和硅酸鈉溶液，以及相同的注入過程。以與實施例1相同的流量和時間注入氮氣。在氮氣注入結(jié)束時，注入20wt％的醋酸水溶液。以60ml/h的流量保持醋酸水溶液的注入3個小時。通過測定在不同流量下由于KCl水溶液(3wt％)的通過產(chǎn)生的流速減小來測定最終的滲透性。用Instron壓機通過測定耐壓強度來測定固結(jié)程度。
結(jié)果列于表1。
對比實施例4使用與實施例1相同的操作過程。保持氮氣的注入為1個小時，而不是12個小時。最后向所說的沙子中注入氯化銨水溶液(15wt％)。與實施例1中一樣測定初始的和最終的滲透率。用Instron壓機通過測定力學抵抗力測定固結(jié)程度。
結(jié)果列于表1。
實施例5用與實施例2相同的操作過程。所用的沙子來自位于意大利南部的產(chǎn)氣井，平均顆粒尺寸為84μm。與實施例1一樣測定初始的和最終的滲透率。用Instron壓機通過測量力學抵抗力來測定固結(jié)程度。
結(jié)果列于表1。
實施例6用與實施例2相同的操作過程。所用的沙子來自位于亞得里亞海的產(chǎn)氣井，平均顆粒尺寸為40μm。用Instron壓機通過測定力學抵抗力來測定固結(jié)程度。
結(jié)果列于表1。
表1
表1注符號*表示平均顆粒尺寸；amm-chl是氯化銨；ace-ac是醋酸；n.c.表示未固結(jié)的沙子。
從實施例1、2和3可以注意到，在延長氮氣的作用并使用兩種弱酸作為固化劑(氯化銨或醋酸)后，用硅酸鹽固結(jié)了所說的沙子。在這些試驗中，以15-20％的比例恢復(fù)了滲透率。
從對比實施例4可以注意到，延長氮氣的脫水作用對于進行固結(jié)和恢復(fù)滲透率是必要的。
從實施例5和6可以注意到，有效地固結(jié)了來自生產(chǎn)性地層中具有低滲透率的沙子；由于酸對沙子的促進作用，固結(jié)后的最終滲透率大于初始滲透率。這種現(xiàn)象是由于在地層沙子中碳酸鹽的存在，這些碳酸鹽在酸的作用下部分溶解，使得固結(jié)的沙子比初始的沙子具有更大的滲透率。
權(quán)利要求
1.一種使可以產(chǎn)生流體的井中的沙子，尤其是油井和/或氣井中的沙子固結(jié)的方法，包括下列步驟1)任選地用無機鹽水溶液預(yù)先沖洗，優(yōu)選的是氯化鉀溶液；2)向地層注入基本由硅酸鈉水溶液組成的固結(jié)劑；3)向步驟(2)中處理的地層中注入惰性氣體，直至除去步驟(2)中注入的多余的固結(jié)劑和水；4)隨后向這樣處理的地層中引入25℃時pKa在3～10之間的酸性水溶液。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，通過注入氮氣進行步驟(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中，向所說的地層中注入所說的惰性氣體的時間在2～10小時之間，流量為1000～1500scf./h。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中，向所說的地層中注入所說的惰性氣體的時間在4～6小時之間，流量為1000～1500scf/h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，特點在于步驟(4)的要點是向所說的地層引入一種選自氯化銨和醋酸的酸性水溶液。
全文摘要
使可以產(chǎn)生流體的井中,尤其是油井和/或氣井中的沙子固結(jié)的方法,包括下列步驟:1)任選地用一種無機鹽的水溶液,優(yōu)選的是KCl,預(yù)先沖洗;2)向地層注入基本由硅酸鈉水溶液組成的固化劑;3)用惰性氣態(tài)沖洗,優(yōu)選的是用氮氣,在步驟(2)中處理的組合物直至除去步驟(2)中注入的多余的固化劑和水;4)隨后向這樣處理的組合物中引入25℃時的pKa在3～10之間的一種酸溶液,優(yōu)選的是選自氯化銨和醋酸。
文檔編號E21B43/22GK1182824SQ9711852
公開日1998年5月27日 申請日期1997年9月12日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月13日
發(fā)明者A·里茨, G·加巴里基, E·皮托尼 申請人:阿吉普公司, 埃尼里塞奇公司