CN1014252B - 用氮强化氢氧化钾处理井眼的方法 - Google Patents

Abstract

使对水敏感的地下地层的粘土稳定的方法是将足够量的惰性气体(最好是氮)注入地层，以使含有可迁移的细粒的粘土基本上流体化，从而将其从地层中清除。此后，将含有氯化钾的软水溶液注入地层，以使钾与可膨胀的粘土中的钠进行阳离子交换，以减少其膨胀。然后将氢氧化钾的软水溶液注入地层。氢氧化钾使粘土对具有不同于地层内的原生水的离子组成的水溶液比较不敏感。这样，本方法使地层遇到比原生水“较淡”的水时不会受到损害。本方法可很好地处理注入井或生产井。

Description

本发明涉及用氮来改进氢氧化钠水溶液稳定粘土层的方法。

含有可膨胀和可迁移细粒的地下砂岩地层中，氮气压力的波动可除去井眼附近地层的可迁移细粒，从而可以稳定可膨胀和残存的可迁移细粒。

含有细粒的砂岩地层在其所含的细粒与含有不同于原生水的离子组成的水溶液接触时会受到损害。这会使渗透率降低，因而使通过注入井和生产井的流体流量减少。这种现象在盐水逐渐变为淡水的地层中尤为普遍。所述的“细”粒不限于粘土，而是包括砂岩孔隙体内的所有膨胀的和可能流动的细粒。这种细粒的例子有粘土矿物、大表面积的二氧化硅（SiO₂）砂物、长石、云母和重晶石。

“较淡”的盐水侵入砂岩地层的方式可以是多种多样的。例如，下面的含水层的侵入、增强的采油过程的侵入、用于处理近井眼现象的流体的侵入等等。这种侵入会造成两种不同的粘土损害。第一种 是可膨胀的粘土（例如具有隙间层的微晶高岭土）在与其与较淡的盐水接触时膨胀，从而使渗透率降低，使通过那里的流体的流量减少。第二种是淡水流经砂岩地层时使可迁移的粘土（如胶结得不好的高岭石和伊利石粘土颗粒）脱离砂岩地层，并使这些粘土颗粒捕集在地层的隙间喉道缝隙中，从而降低了渗透率，使流经那里的流体量减少。较淡的盐水侵入含粘土砂层地层造成这两种渗透的损害。

为了克服这一问题，美国专利第3，640，343号介绍了一种方法，该方法是注入含SiO₂的碱金属硅酸盐的水溶液，以使这种地层稳定，特别是在钻井或生产流体时注入。美国专利第4，536，304号介绍了通过使含氮的阳离子全氟化化合物与细粒接触而使地层中的细粒稳定的方法。这种处理可以与酸化过程一起进行。技术上还有采用有机的聚阳离子聚合物来防止减少地下地层中的膨胀粘土或迁移的细粒或二者的组合物的有害作用。可参见美国专利4，366，071;4，366，072;4，366，073;4，366，074;4，374，739;4，460，483和4，462，718号。

美国专利第4，534，413号介绍了一种增加井内水的流量的方法，该方法是注入液态或气氮和（或）液态二氧化碳，并交替地使井增压和减压，以使井壁与水源之间的地层受到高压的作用和产生断裂，从而使进入井中的水流量增加。

美国专利第4，280，560号介绍了用氢氧化钾使含有对水敏感的细粒的砂岩地层稳定的方法，该氢氧化钾与细粒相互作用以基本上防止由于具有不同于原生水的离子组成的水的侵入而使地层的渗透率受到损害。氢氧化钾使细粒不能流动。

因此，本发明的一个目的是提供一种消除细粒在井眼附近的地下砂层地层迁移的方法。

本发明的另一个目的是提供一种疏散和除去沉积在井眼附近的经井眼穿透和液体流动的加固地层孔隙的中的可迁移细粒的方法。

本发明还有一个目的是提供一种改进方法，通过注入氯化钾和氢氧化钾浆液来稳定粘土。

本发明再一个目的是保护地层渗透性免遭由存在于地下地层中的水（比原生水“较淡”）受到的损害。

对已受到可迁移的细粒损害的注入井或生产井进行处理的方法，是首先在压力作用下将氮注入地层，并使氮在井眼中来回涌动以除去松动的细粒。这一步处理可重复进行，重复次数视所处理的地层的性质及其受损害的程度而定。以后，对井进行提捞，以除去所有外来的颗粒。接着将增溶于软水中的氯化钾注入井眼，并使其浸泡足够的时间，以使钾与储油岩石中的钠进行阳离子交换。此后，注入氢氧化钾，并将其驱替至受到细粒有害影响的油层中，使其浸泡足够的时间，以改变粘土的硅酸盐组成和化学性质，使其对淡水不敏感。

受到敏感的粘土损害的，更具体地说，受到可迁移的细粒损害的生产井和注入井用本发明的方法进行处理。这种井含有可迁移的细粒，这些细粒是在淡水流经砂岩地层时脱离该地层并被捕集在地层的隙间喉道的缝隙中，从而使地层的渗透率受到损害。这些颗粒不但包括粘土，还包括粘土矿物、大表面积的二氧化硅（SiO₂）矿物、长石、云母和重晶石;这些颗粒易由于隙间水或原生水的离子性质的改变而膨胀。

处理时首先将氮或类似的惰性气体注入地层。注入气体时所采用的压力要足以使气体能流回远离井眼的地层中。此后，迅速降低压力，使该气体向里压回到井眼中，这时气体夹带着可迁移的细粒。该操作可重复进行，重复次数根据井受损害的程度而定。同样气体增压与迅速减压之间的时间间隔长短也取决于受损害的程度与井眼的径向距离、所要处理的油层。此后，对井进行提捞、抽汲或反循环以除去涌动的气体所带出的颗粒。

然后用氯化钾（KCl）的软水溶液处理井，软水和生成的KCl溶液最好是不含二氧化硅的。使KCl与砂岩地层接触足够时间，以使钾与粘土中的钠能进行阳离子交换。足以进行阳离子交换的接触时间约为4～64小时，最好为8～32小时左右。KCl注入量宜约为100～10，000磅/孔隙率·英尺，最好约为500～5，000磅/孔隙率·英尺。“磅/孔隙率·英尺”的定义是产品（即KCl）的干重或100%有效重量除以总的孔隙率英尺。孔隙率英尺的定义是井眼的线深度乘以储油岩石的孔隙率或平均孔隙率。因此，1孔隙率英尺可等于岩石的10英尺垂直深度乘以10%孔隙率。用以溶解KCl的水不含二价阳离子，而且所含的E含一价阳离子的盐类的量宜小于1000ppm左右，最好小于100ppm左右。这种水在这里称之为“软 水”。注入足量的KCl水溶液也是为了要驱替或冲淡任何二价阳离子，使其离开所要处理的地层。对于一典型的井来说，该用量约为100～10，000磅/孔隙率·英尺KCl（干重），最好约为500～5000磅/孔隙率·英尺KCl（干重）。水溶液中KCl的浓度可以是2%（重量）左右，直至达到饱和点，最好约为3～5%（重量），但在任何情况下都应超过原生水的浓度。

此后，将氢氧化钾（KOH）溶液注入井内。约有100～100，000（宜为500～50，000左右，最好为10，000左右）磅/孔隙率·英尺的氢氧化钾注入地层中。氢氧化钾是溶于水中的，水中最好不含二价阳离子，更好的是水中所含的含一价阳离的盐类的量要少于1000ppm左右。此外，该水溶液最好不含二氧化硅。氢氧化钾水溶液的浓度宜为1～50%（重量）左右或达到氢氧化钾在水中的饱和点。该浓度宜在2～45%（重量）左右的范围内，最好约为15～30%（重量）。

注入氢氧化钾时最好使其沿径向射出而进入储油岩石，进入的深度至少约为25英尺，最好为50英尺左右;但该径向距离取决于地层的受损害程度。

重要的是，将氢氧化钾水溶液注入地层的操作一旦开始就得连续进行。对一般井来说，注入速度宜约为2～20桶/小时，最好约为5～10桶/小时。但注入速率取决于所要处理的地层的厚度。例如，如果所处理的地层的厚度为50英尺，那么注入速度约为10～100桶/小时。但如果地层厚度约为10英尺，那么注入速率约为2～10桶/小时。如前所述，一旦开始注入氢氧化钾，最好不要中断。如果停止注入，原生水就可能回流并扩散到所处理的地层中，与氢氧化钾溶液混合，使二价阳离子与氢氧化钾生成不希望的沉淀。

注入氢氧化钾后再注入一种驱替液，以将氢氧化钾驱替出去，使其进入所要处理的地层。该驱替液可采用KCl水溶液或弱无机酸（例如7.5%（重量）HCl溶液），最好所用的水宜不含二价阳离子，更好的是其所含的含一价阳离子的盐类的量要小于1000ppm左右。氮或二氧化碳或类似的惰性气体也可用作驱替流体，它们适用于正在进行预处理以防止粘土受损害的生产井。

将氢氧化钾驱替出井眼并进入地层时，最好使地层的所有对粘土敏感的表面都与氢氧化钾接触。此后，关井，并使细粒与氢氧化钾接触约4～64小时，更好的是接触8～32小时，最好接触约16小时。要有足够的时间使氢氧化钾能“永久地”改变粘土的硅酸盐组成和化学性质，使其对淡水不敏感。经过这样处理后，该粘土在很长时间内对淡水都是不敏感的。

此后，该井恢复正常使用，例如，如果是生产井就可进行生产，如果是注入井就可又将水注入井内。当油或水这样的流体通过地层时，井对它们的渗透率提高了。

实施例1

本实施例是对一地层的厚度约为20英尺、地层的孔隙率约为23%的受损害的注入井进行处理。处理时将5000标准立方英尺（SCF）的氮注入地层，注入时所采用的压力足以使氮流出井眼而进入地层，深入到井眼的径向，距离25英尺处。卸除施加在井上的压力，于是氮气又涌回到井眼中，同时带来了可迁移的细粒。对井进行提捞以清除井内的颗粒。然后将KCl水溶液注入，对井进行处理，该KCl水溶液是由12，500磅KCl溶于水而得，水中所含的含一价阳离子的盐类的量约为1000ppm。KCl在水中的浓度约为3.5%（重量）。氯化钾的注入速率约为40桶/小时（BPH）。关井20小时，使钾阳离子与KCl溶液所接触的细粒内的钠阳离子进行离子交换。此后，用约48小时的时间将约340桶（BBLS）氢氧化钾水溶液连续注入地层。氢氧化钾在水中的浓度约为30%（重量）。然后，将约1000BBLS的软水注入井中，以驱替出氢氧化钾，使其进入地层。然后关井20小时。此后恢复井的使用。与处理前的井相比较，井对水流的渗透率提高了，而且水的注入速率也提高了。

实施例2

本实施例是对一地层的厚度约为60英尺、孔隙率约为17%的受损害的生产井进行处理。处理时在约2000PSi的压力下将10，000SCF的氮注入地层中。此后，卸除施加在井上的压力，使氮气涌回到井眼中。对井进行抽汲又滑除井眼内的颗粒。然后注入KCl水溶液对井进行处理，该KCl水溶液系由30，000磅KCl溶解于水而得，用以溶解KCl的水中含有约80ppm的含一价阳离子的盐 类，这比原生水中盐的浓度低得多。KCl在水中的浓度约为5%（重量）。KCl的注入速率约为100BPH。关井24小时，使钾阳离子能与KCl溶液所接触的细粒内的钠阳离子进行离子交换。此后，用48小时的时间将约600BBLS的氢氧化钾水溶液连续注入地层。氢氧化钾在水中的浓度约为15%（重量）。然后，将约10，000SCF的CO₂注入井内，以驱替出氢氧化钾，使其进入地层。关井72小时。然后恢复使用。这时井对油流和水流的渗透率提高了。处理前井的总流体产量不到25BPD，而处理后增至200BPD。一个月以后井的平均产量为185BPD流体。

实施例3

一口从粘土敏感的油层注水产油的生产井在见水后产量急剧下降，从原来的260BOPD（每日产油桶数）降至50BOPD以下。该采油点地层的厚度为16英尺，孔隙率为14%。在3200PSig（磅/英寸²，表压）的表面压力下用4000SCF的氮处理该井，以使井眼附近的粘土颗粒流体化，并将其输送到至少离井眼25英尺（最好是50英尺以外）远的地层中。以25BPH的速率将300桶含有水团（Slng）的氯化钾水溶液泵送入井内，该氯化钾水溶液系由6000磅100%有效KCl溶于经过过滤的软化水中而得，该水中一价阳离子的含量小于1000ppm然后立即以6BPH的速率将300桶的15%（重量）氢氧化钾水溶液泵送入地层中，该溶液所用的水是经过过滤的软化水，水中不含钙、镁之类的二价阳离子和二氧化硅，其所含一价阳离子的量在1000ppm以下。然后用150桶矿产原油将KOH从井眼附近的区域驱替出去，并关井36小时。然后使该井按处理前的产率恢复生产，并由于以前注入的氮的膨胀和驱替作用而恢复油的过分洗井。在回收可动的KCl和KOH水溶液后，产量可增加，每周增加50BPD。持续产量达到150BFPD，为处理前的受损害的井的产量的3倍。

实施例4

对一口将要注水的、处于粘土敏感的油层中的产生井进行预处理，以防止其在见水时受到损害。

该井的地层的厚度为18英尺、孔隙率为14%对其进行处理的方法是注入5000SCF的氮，注入时所采用的压力要足以使氮能从井中流出而进入地层，深入到井眼的径向距离50英尺处。

然后用KCl水溶液处理该井，该溶液系由10，000磅KCl溶于经过过滤的软水而得，该水所含的一价阳离子的盐类的量在1000ppm以下。KCl水溶液的浓度为2.5%（重量），并让该溶液靠静压头以10BPH的速率流入井中。关井16小时，以使钾阳离子能与所接触的油层区内的粘土的钠阳离子进行离子交换。此后，用48小时的时间将200桶含有软水和15%（重量）氢氧化钾的水溶液连续注入地层中。然后将约500桶软水泵送入井内，以将KOH溶液从井眼附近的区域驱替出去。再度关井16小时后，抽吸诱流。

该井按类似于处理前的产率生产一段较长的时间，在该时间最大的无水石油感受能力为220BPD。由于注水而见水，产生的水增加。产油率仍4保持稳定。与附近未用氢氧化钾预处理的油井相比，其产油率高得多。而且，大部分油是从经过处理的油井在见水后回收的。与其它生产井相比，见水后回收的给定量的油的水油比低于附近未处理的油井或控制井的水油比。

从上述说明可以明显地看出，本发明通过氮气压力的波动来疏散和去除沉淀在井眼附近的加固砂岩地层孔隙中的可迁移细粒。从而减少了孔隙堵塞的威胁，这种孔隙堵塞最终将导致降低地层渗透性和产油量。因此，通过注入氯化钾和氢氧化钾溶液来稳定井眼附近和远离井眼中可膨胀细粒以及远离井眼的可迁移细粒。通过采用本发明方法，增加了从地下层中注入或产出的液体如油和/或水的流体渗透性。

Claims (12)

1、一种使井眼附近被井的井眼穿透的地下砂岩地层稳定的方法，所述的井与地下砂岩地层是流通的，地层含有可膨胀且可迁移的细粒，当该细粒与具有不同于原生水的离子组成的含水液体接触时，易于使地层受到损害，使渗透率降低，所述方法特征是，包括一种基本不含二价阳离子，和含有小于1000ppm的一价阳离子盐(非氯化钾)的第一种水溶液，并依次包括以下步骤：

a)在压力作用下注入有效量的氮气，使其经井眼又离井眼而进入地层，注入时所采用的压力要足以带走存在于井眼附近的地层中的可迁移的细粒；

b)注入第一种水溶液，使其经井眼又流出而进入井眼附近的地层，深入到井眼的平均径向距离约25英尺处，该水溶液含有软水，软水中含有约100～10，000磅/孔隙率。英尺的氯化钾；

c)关井，其时间的长短足以使第一种水溶液中的钾离子与井眼附近的地层中的可膨胀的细粒中的钠离子进行阳离子交换，该阳离子交换可膨胀的细粒由于与含有不同于原生水的离子组成的水溶液接触而引起的膨胀减少；

d)连续注入第二种水溶液水团(Slug)，使其经井眼流出而进入地层，其速率要足以防止原生水流回井眼附近的地层中，所述的水溶液含有软水，软水中有约100～100，000磅/孔隙率英尺的氢氧化钾；

e)用一种驱替液将第二种水溶液驱替到远离井眼之外，该处与井眼的平均径向距离至少要大于25英尺左右，以接触井眼附近区域内和该区域外的可膨胀细粒和井眼附近区域外的可迁移的细粒；

f)关井，其时间的长短要足以使井眼附近区域内和该区域外的可膨胀的细粒和井眼附近区域外的可迁移的细粒以后不再会由于与不同于原生水的离子组成的含水液体接触而使地层受到损害；

g)使井眼恢复正常工作。

2、如权利要求1的方法，其特征在于：步骤f中的关井时间约为4～64小时。

3、如权利要求1的方法，其特征在于：步骤c中的关井时间约为4～64小时。

4、如权利要求1的方法，其特征在于：第一种氯化钾水溶液基本上不含二氧化硅。

5、如权利要求1的方法，其特征在于：氯化钾在第一种水溶液中的浓度从约2%（重量）到氯化钾在软水中的饱和点。

6、如权利要求1的方法，其特征在于：步骤b中约有500～5000磅/孔隙率英尺的氯化钾被注入地层。

7、如权利要求1的方法，其特征在于：驱替流体为软水、石油、二氧化碳、氮或弱无机酸。

8、如权利要求1的方法，其特征在于：第二种水溶液中氢氧化钾的浓度约为15～30%（重量）。

9、如权利要求8的方法，其特征在于：井眼为生产井，驱替液为原油。

10、如权利要求1的方法，其特征在于：在步骤a后和步骤b之前还包括以下步骤：

降低氮气的注入压力，使带有可迁移细粒的氮气经井眼附近的地层流回到井眼中;

使可迁移的细粒在井眼中沉积;

从井眼中除去可迁移的细粒。

11、如权利要求10的方法，其特征在于：经井眼注入5000SCF的氮气。

12、如权利要求10的方法，其特征在于：在步骤f中的关井时间为约4～64小时。