CN1003176B - 热聚合加固地层的方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种加固地层的方法，包括注入液体有机混合物到地层，随后通过该液体混合物，注入热的惰性气体混合物，以便使发生的热聚反应把液体混合物转变成能粘结地层中非固化成分的物质。注入的液体有机混合物至少含有一种聚二烯烃，并且能向其中加入催化剂。

Description

热聚合加固地层的方法

本发明涉及到加固地层的方法，该方法尤其适用于含油或气的贮层，能消除砂粒穿过很少或完全没有加固的含砂地层渗透到油井里。通常该方法用于可渗透地层的局部加固。

为预防砂粒渗透到新井或处理正在应用的油气贮层但遭到砂粒渗透增高的井，已提出了不同的方法。

第一类型的方法包括使用机械手段阻止砂粒，用人造的经校正过孔度的滤网，或有良好的固定粒度分布的砂砾堆，这取决于井所穿过的地层的砂粒粒度尺寸。此方法需审慎地实行，常用来装备新井。

第二种类型的方法包括向地层注入液态树脂，由于其聚合作用使砂粒互相粘结起来。

第二种类型的化学方法的效果是难以确定的，注入树脂的聚合反应主要取决于在井中该地层水平的条件及地层特点，因此该方法不能控制化学反应的进行程度。其结果具有风险性，或者是由于树脂聚合度太低导致地层不能充分加固，或者由于过多的聚合物留在某些孔隙中而大大降低渗透性甚至完全堵塞了地层。

为了克服这些难题，英国专利2，068，042号中提出了一种方法，该方法是使处于要处理的油井周围的含有适宜催化剂的液体化学试剂与注入的氧化气之间发生聚合反应。

把可聚物定位后，通入气流以确保其渗透性。含有聚乙烯和催化剂的液体有机混合物发生氧化聚合反应导致加固媒质，而没有必要去预热地层。

然而，该方法要使用氧-惰性气体混合物，它的效果常是不明显的。此外，还必须限制氧化气体的量从而限制氧化反应所释放出来的热，使温度不至于高过350℃，因为在此温度下聚合产物会由于燃烧而降解。

本发明的目的是提供一种更灵活的使用方法，并且更容易控制对地层的加固，而又不明显降低它的渗透性。该方法可用于其特性在相当宽范围内变化的地层。尤其能满意地用于处理遭到砂粒渗透的油或气井。

按照本发明，用可聚物质热变化的方法能得到该结果，该方法包括向地层中注入液体有机混合物，继之注入热的化学惰性气体混合物穿过该液体混合物，由于热聚合反应而使该液体有机混合物转化成为粘结地层中未加固成分的物质。化学惰性气体混合物的含意是它在过程的操作条件下不与贮层流体或注入的流体发生反应。但是注入的气体可能含有痕量氧。

本发明的方法区别于英国专利2，068，042号所指出的方法，特别是使用了化学惰性气体混合物。它也区别于法国专利第1，409，599号，该专利涉及到加固地层的方法但使地层不可渗透，而本发明的方法保护了地层的渗透性。

热惰性气体混合物起着载热流体的作用，在最靠近油井附近提高地层温度使液体有机混合物中的聚乙烯烃类达到发生聚合作用所需要的热度水平。注入地层的气体较好的温度范围是在150到325℃之间。惰性气体混合物的注入明显防止了地层对油或天然气一类流体渗透性的降低。液体有机混合物的成分以及温度和注入的热惰性气体混合物的量应调整至使液体混合物的聚合达到完全的程度。

换句话说，本发明提供的通过可聚合物变化加固地层的方法没有明显降低其渗透性。本方法包括将液体有机混合物注入地层，随后注入惰性气体混合物穿过该液体混合物。其特征是该液体有机混合物至少含有一种能使催化剂加入的聚烯烃，并且加热该化学惰性气体混合物以提高地层温度到能使液体混合物发生热聚合反应而转换成能粘合地层中未固化成分的物质。

更具体说，本发明提供了一种加固地层的方法，它包括下述二个连续的步骤，

a）将包括至少一种可聚合化合物的液体有机混合物和一种可能的催化剂注入到地层中，该混合物在现场能经受与热气体接触，反应并生成固体产物，该产物加固地层，而对其渗透性没有明显的影响。

b）将化学惰性气体混合物注入足够量，实际上能使该液体有机混合物完全固化。

在本发明方法中使用的液体有机混合物包括至少一种聚烯烃并且可以向它加入催化剂。本发明方法中使用的有机烃类混合物以含有一种或多种从二烯烃或三烯聚合而得到的聚烯烃类为好，并可以用有机溶剂稀释。所用的聚烯烃以聚丁二烯为好。所用溶剂是苯、甲苯、二甲苯或馏分油等烃类，溶剂含量最好在0到50%之间，由于稀释而限制了反应性的降低。

如需向聚二烯化合物中加入催化剂，该催化剂至少要含有下述元素中的一种，即，钡、锆、铈、镧或镧系、钒、锰、铁、钴、锌、镍、铅和铜。它们以盐的形式作为催化剂的成分，例如羧酸盐、环烷酸盐、磺酸盐和辛酸盐…，并溶于有机混合物的基本组分中。在溶液中用作催化剂的每一种金属的比例要低于3%（重量），最好在0.007-2%范围（重量）内。催化剂精确的组分（所用金属种类及金属含量）取决于周围环境的特性及贮层的条件（压力、温度…）。

催化剂也可以含有机物，例如过氧化合物或能产生游离基的其它化合物，能够加入到过氧化合物中的催化剂选自上述限定的元素，即，钡、锆、铈、镧或镧系、钒、锰、铁、钴、锌、镍、铅和铜。举例说明过氧化物的例子是叔丁基过氧化氢、二叔丁基过氧化物、异丙基苯过氧化氢…。

注入的有机混合物的数量最好限制在每米地层厚度少于500立升，较大的量也不会影响本发明方法的效果。

对于贮气层，使用该方法注入上述的化学惰性气体以天然气为好。

对于贮油层，使用该方法注入湿蒸气为好。湿蒸气由目前用于储油的热强化的表面蒸气发生器产生。注入的气体可由蒸气和已燃气的混合物组成，已燃气可由安装在井底的发生器产生或由任何其它蒸气和惰性气体的结合而产生。用气体燃烧器，或加热电阻器等其它方式产生热气体都包括在本发明的范围内。

惰性气体的流速要满足被注入的气体能浸入到要处理的地层高度。

注入惰性热气体的时间最好低于48小时，但是较长的时间也不会影响本发明的效果。加热的时间必须满足该有机混合物充分聚合所要求达到的热的水平，以确保地层砂粒之间粘合。

附图1概要地说明一个实现本发明的实施例。标号1表示一个含砂的地层，油井2穿过该地层，油井由套管3并带有在地层1水平上的射孔4组成，从射孔中要抽出流体，如石油或天然气。

在该实施例中，本发明的方法系将预先规定量的液体有机混合物5例如聚丁二烯，对该聚合物可以加入上面限定的催化剂，也可以与另外的有机液体例如溶剂或石油馏分混合注入到要处理的地层1接着再注入惰性气体6，如蒸气，如果需要稀释则与上述的相一致。

液体有机混合物和惰性气体可以分先后通过同一生产脉道（produ ction stringer）或油管开口7在较低部位，实际上在穿孔4的水平上注入。

封隔器类型的装置9通过关闭套管3与生产脉道7之间的环形空间而使上面的地层1封闭。在生产脉道7中由不能聚合物质的塞堵8（plug）把液体有机混合物与热的惰性气体分开。塞堵在油井中由少量的溶剂或石油馏分构成，而在气井中由冷天然气构成。这样使液体有机混合物的反应避免发生在生产脉道内。

当然不限于上述描述的实施例，也可进行其它的实施方案。

通常，在5注入的液体是能够被转化的有机混合物，在热作用下该混合物能够生成一种加固最靠近油井的该地层的聚合产物。

对贮油层，注入液体5之前先注入流体如二甲苯或石油馏分及醇如异丙烯醇是有利的，这样做能挤走在油井最近处的油和水，如果这些油和水过多时，则会对周围的加固作用产生不利的影响。

要计量注入气体的量以便使有机液体5能完全固化。

用下面的试验来说明本发明的方法，进行这些试验并不具有限制性的含意。

将有关含石砂（颗粒尺寸在150到300微米之间）、高岭土和聚丁二烯的充分混合物在室温下装入一个垂直的薄壁管，管直径为125厘米，填装高度为15厘米。在管外缠绕加热线，其缠绕高度要超过被混合物所占据的管内高度，以便能够检验横向的热损失。

用装载8份砂粒、2份高岭土、1份聚丁二烯的混合物所得到的固体物质（其空隙率为37%）并且多烯化合物饱和充填大约50%的孔体积，它的初始温度是50℃。

用每分钟3立升的氮气流在大气压下从管的上面通入并保持7小时。试验结束可以观察到固体物质没有被加固。

同时表明，在选定的操作条件下，用聚丁二烯浸渍过的固体物质没有发生反应。

用由10%聚丁二烯，85%石砂和5%高岭土构成的混合物进行试验。

在250℃，相对压力10巴下，用氮气（15%体积）和蒸气（85%体积）每分钟3立升，流过7小时试验后发现，物质已很好地固化了，它的抗压性是33巴。

用与试验2相同的固体物质进行试验，温度为300℃，压力是10巴，注入含有15%氮气和85%蒸气的气体混合物。在3立升/分的流速下维持7.5小时。

试验之后所得到的媒介物抗压性是65巴。

向95%石砂，和5%高岭土所构成的固体物质中注入原油（比重为0.87）至使自由孔体积被饱和，该流体由汽油塞堵置换后，注入由72%聚丁二烯、20%汽油、5%辛酸钴、3%辛酸锆组成的有机混合物，在10巴下小管被加热到210℃，以3立升/分的速率注入氮气并维持80小时。试验之后，物质保持其渗透性，并且也很好地固化了，它的抗压性取决于样品，是在90到130巴之间。

用完全与试验4相同的固体物质，有机液体为用20%（重量）汽油稀释的聚丁二烯，并向其中加入重量为0.3%的铈装于管内。小管在240℃和10巴压力下加热25小时，氮气以3立升/分的速率注入。试验后，物质已很好地固化了，其抗压性是135巴。

将重量为95%的砂粒和重量为5%的粘土用有机液体浸渍过，该有机液体由（重量为78%）聚丁二烯、（重量为20%）汽油、和（2%）二异丁基过氧化物组成。将上述物质放于小管内，在压力10巴、流速3立升/分和200℃下注入氮气53小时。试验后，从固化的物质中取样，抗压性是22巴。

Claims (10)

1、一种将可聚物变化而不显著降低地层渗透性的加固地层的方法，该方法包括把液体有机混合物注入地层，随后注入惰性气体混合物通过该液体有机混合物，其中所述的液体有机混合物至少含有一种能加入催化剂的聚烯烃，并且加热所述的惰性气体混合物而使地层温度提高到能发生热聚合反应的程度，使液体有机混合物转变成能粘结地层中没有固化成分的物质。

2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的注入的液体有机混合物至少含有一种由二烯或三烯聚合得到的聚烯烃。

3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的注入的液体有机混合物含有聚丁二烯。

4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的聚烯烃是用溶剂稀释。

5、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的聚烯烃已加入至少含一种选自下述元素之一的催化剂，即钡、锆、铈、镧和镧系、钒、锰、铁、钴、锌、镍、铅和铜。

6、按照权利要求5所述的方法，其特征在于所述的催化剂元素是使用其盐的形式，例如羧酸盐、环烷酸盐、磺酸盐和辛酸盐，并能溶解在所述的液体有机混合物中。

7、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的聚烯烃要加入一种化合物，例如过氧化物，以生成自由基。

8、按照权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于所述的注入的热惰性气体混合物是天然气。

9、按照权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于所述的注入的热惰性气体混合物是湿蒸气。

10、按照权利要求1-7中任一项所述的方法，其特征在于所述的注入的热惰性气体混合物是蒸气和燃烧过的气体的混合物。

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