CN1056334A - 恢复地下地层渗透率的方法 - Google Patents
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Abstract
恢复钻穿地下地层且流体与该地层相连通的井
的注入能力的方法。该方法中的含水处理溶液由含
不大于30％(重量)的过氧化氢水溶液和互溶剂的混
合物组成，通过该井注入地层与积聚的高聚物接触，
以使其降解和分散。互溶剂含有醇、芳香烃、烷基或
芳烷基聚亚氧烷基磷酸酯表面活性剂。
Description
本发明涉及增加至少是部分被聚合物聚积体堵塞的地下地层的渗透率的方法，由此增加穿过地下地层的井的注入能力。更具体地说，在该方法中聚合物聚积体存在于井筒内，井壁上和/或地下地层井筒附近环境中，通过该井将含有过氧化氢和互溶剂的含水处理流体注入到井筒附近环境中，与聚合物聚积体接触，使其降解和分散。
原油烃类通常是通过钻入地层的井，且流体与该地层连通的含油地下地层中开采到地面上来的。为了有效地从特定的地下油藏中采油，通常向该含油地层中钻许多井。地下油层中特定油藏的原始烃类的大约20～30%（体积）可利用地层的自然压力开采，即一次采油。此后，利用二次采油技术如水驱和蒸汽驱可以从大多数地层中再采出一部分油。为了完成地下地层中烃类的二次开采，将一口或几口井转为注入井，或者钻几口注入井。驱油流体，如水或蒸汽，通过注入井注入到地下地层中，以将存在于地层的烃类驱赶到指定为生产井的几口井中，再用传统的采油设备和方法将烃类从生产井中开采至地面。成功的二次采油工艺采收率可达地下地层原始地质储备的30～50%。
为了更多的从含油地层中采油，开发了三次采油工艺。三次采油工艺包括将表面活性剂和/或聚合物加到驱油流体，如水中。表面活性剂可以降低地层烃类和油藏岩石之间的界面张力，而聚合物，如聚丙烯酰胺或聚糖，可以增加驱油流体的粘性，从而明显减少驱油流体通过地层时形成的指进或窜流，以此得到更均匀的注入剖面，增加采收率。
当经过一段时间注入含有聚合物的驱油流体后，二次采油或三次采油工艺中所用的聚合物常在井筒内，井壁上和/或井筒附近环绕注入井的地下地层环境下积聚。当利用从地下地层产生的盐水作为驱油流体时，经过常规的地面处理，例如油回收器不能全部脱除的盐水中的烃类和注入盐水中的总溶解固体可由井筒内，井壁上和注入井周围井筒附近环境中的聚合物积聚体过滤掉。结垢，如碳酸钙和碳酸铁，以及天然存在的藻类和地层细粒也可与井壁上或注入井周围井筒附近环境中的聚合物掺合。井壁上及注入井附近环境中的聚合物的最终积聚体可以与结垢、烃类、原油、藻类及地层细粒相互叠合成层状。这种积聚的聚合物能减少地下地层的渗透性，因而明显减少驱油流体通过注入井注入到地下地层的注入量，也就大大减少了二次或三次采油过程的烃类采收量。可以猜想，注入的聚合物与存在于注入水，井中管系和地层中的钙离子（Ca++）和镁离子（Mg++）等阳离子进行交联，导致了聚合物的积聚。较大的积聚体在注入井的回流中象胶状体，目视可见。较小的肉眼看不见的积聚体，也能大大降低井筒附近岩石基质的渗透性。分散的相当大分子量的聚合物分子的积聚体可以堵塞地层中的小孔隙，因此大大降低渗透率。井筒内、井壁上及注入井周围井筒附近环境内由于聚合物积聚使驱油流体降低流体注入性的时间周期取决于地层孔隙度，地层的离子特性，驱油流体中聚合物的分子量及浓度和驱油流体的注入速度。开始向地下地层注入驱油流体后的一年内的注入性可明显地降低，降低程度可达25%到75%。
为了恢复由于井筒附近环境中聚合物积聚而引起的环绕注入井周围的地下地层被降低了的渗透率，已通过注入井注入一种含有酸的加热的水溶液，如盐酸、二氧化氯或其它相似的酸，来溶解和分散聚合物积聚体。但这样的处理是相当昂贵的，且对地面设备及井中管系都有腐蚀性。因此，需要寻找一种较便宜而有效的恢复因聚合物积聚造成地下地层被渗透率的降低而引起的注入井注入性能下降的方法。
因此，本发明的目的是提供一种方法，通过有效地增加地下地层的渗透率来恢复穿过地下地层的井的注入能力，在该井筒内，井壁上和注入井筒附近地层内有聚合物积聚。
本发明的另一目的是提供成本较低的恢复与地下地层流体连通的井的注入能力的方法。
本发明提供了一种方法，可用于恢复钻穿地下含油地层，且与地下地层有流体连通的井的流体注入能力，在该井筒内，井壁上或井筒附近地层环境中有聚合物积聚。该方法是将一种含有5%～30%（重量）的溶解的无机过氧化物水溶液和互溶剂的含水处理流体通过井注入，与聚合物积聚体接触，所述水溶液与互溶剂的体积比为约2∶1至9∶1。互溶剂包括醇、芳烃和烷基或芳烷基聚亚氧烷基磷酸酯表面活性剂。含水处理流体能降解和分散聚合物积聚体，基本上恢复井的注入能力。
根据本发明，提供了一种有效的恢复与地下含油地层有流体连通，在井壁上或井筒附近地层环境有聚合物积聚，因而降低了地层渗透率的井的注入能力的方法。流体注入能力的一种测量方法是每天流体注入的桶数除以注入压力得到的比值，熟练的技术人员都了解这种方法。本发明的方法是通过井将一种含有无机过氧化物和互溶剂的含水处理流体注入到地层与积聚的聚合物接触，互溶剂包括醇、芳烃、烷基或芳烷基聚亚氧烷基磷酸酯表面活性剂。然后关井一段时间，使得处理溶液可以使聚合物积聚体破坏、降解、分散、溶解或悬浮。然后，通过井筒将驱油流体注入地层，将处理液和聚合物积聚体向与地层有流体连通的几口生产井驱动而采出地面。
本发明的方法可用于恢复已向含油地层注入过含相当高分子量的聚合物流体的任何井的注入能力。尽管这类井通常都是用于二次或三次采油的注入井，但本发明的方法也可用于恢复二次或三次采油中的生产井的流体注入能力。这类井使用过相当高分子量的聚合物处理来改善纵向性能，在井壁上、井筒附近或生产井周围地层中有聚合物积聚而堵塞的井。聚合物可以是合成聚合物，如聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺、或烷氧基化的聚丙烯酰胺;有机聚合物，如均聚糖或多聚糖，或是有机聚合物与合成聚合物的混合物。聚合物具有相当高的分子量，从约500，000到15，000，000或更高。根据经验，也常将其它添加剂加入到二次或三次采油用的驱油流体中去，如表面活性剂和/或气体如二氧化碳或氮气。
过氧化氢是本发明含水处理溶液中优选的无机过氧化物，市场上能得到含特定百分量的过氧化氢水溶液。较好的水溶液过氧化氢含量不超过30%（重量），更好为5%～30%（重量），最好为10～15%（重量）。
用作本发明含水处理流体的互溶剂的烷基或芳烷基聚亚氧烷基磷酸酯表面活性剂具有下式：
式中R1代表有10～18个碳原子的烷基，R2代表有5～27个碳原子的烷基或有12～27个碳原子的环烷基或有烷基，环烷基和混合烷基环烷基的矿物油的衍生基团;R3和R4代表氢原子或有1～22个碳原子的烷基，及R1定义中的较高的烷基，R2定义中的环烷基，或从矿物油衍生出来的基团;A代表环氧乙烷残基，环氧乙烷和四氢呋喃，或选自环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷的混合低级氧化烯或包括四氢呋喃，其中所说的酯的分子量为500～1500，在分子构型中A可以是混合的，也可以是嵌段的;n表示氧烷基化程度;x和y为1和2，x和y的和为3;z是0～5的整数，x是氢或从碱金属，烷基胺和胺离子中选出的至少一种单价阳离子。这些烷基或芳烷基聚亚氧烷基表面活性剂，以及生成这些表面活性剂的磷酸反应物及多羟基亚氧烷基化合物，均在美国专利No.4541483中有详尽描述，这里作为参考文献提出。
互溶剂所用的醇是从脂肪醇，乙二醇，聚乙二醇，乙二醇醚以及它们的混合物中选择的。芳烃有苯、甲苯、二甲苯等。如本领域的技术人员所知，本发明中所用的含水处理溶液中所用的互溶剂可以含有少量的水，在配制互溶剂中所用的工业级醇和芳烃中含有少量的水。互溶剂中含有5～50%（重量）的溶解在醇和芳烃中的烷基或芳烷基聚亚氧烷基磷酸酯表面活性剂，较好为10～20%（重量），更好为12～18%（重量）。较好的是将磷酸酯表面活性剂溶解在含有甲醇、异丙醇、辛醇和二甲苯的混合非水溶剂中。非水溶剂中甲醇的重量百分数最好为约20～27%，异丙醇为约40～44%，辛醇为约8～12%，二甲苯为约23～27%。
依照本发明，最好在地面上将含有不超过30%（重量）过氧化氢的水溶液与一定体积的互溶剂混合，以得到含水处理溶液。过氧化氢水溶液与互溶剂的体积比可根据掺合到驱油流体中的生产盐水的总溶解固体量和在井筒附近环境内积聚的聚合物中滞留的烃量而改变。过氧化氢水溶液与互溶剂的比一般为约9∶1～2∶1，较好的为约5∶1。
最终的含水处理溶液通过因井壁上或地层中聚合物聚集而减低了注入能力的井注入地下地层中。注入的含水水处理溶液的量取决于待处理范围的大小。原则上要注入足够的处理液，使其能与处理范围内所有聚集的聚合物接触，这与井筒本身的体积，地层岩石的孔隙体积及含油饱和度，裂缝网络的孔隙体积，原先注入的聚合物的量及聚合物与井筒环境的特定化学性质等因素有关。作为一般的原则，注入体积可从每一英尺地层深度一加仑到由总成本决定的经济限制值。较好的是每英尺待处理地层注入5～7加仑处理液。水处理液可以用不含有聚合物的水或盐水或其混合物来推移，使其与聚集的聚合物接触。然后关井一段时间，比如12～24小时，使水处理液有足够的时间与聚合物聚集体接触。可以认为含水处理溶液中的无机过氧化物能破坏，降解和分散沉积的聚合物中的较高分子量的合成聚合物或有机聚合物。然后，通过该井把驱动液，如含水聚合物溶液注入地层，可从与该地层有流体连通关系的另一口井中开采油气。此外，本发明的方法用于生产井时，在生产井恢复生产前，最好把含水处理溶液和分散沉淀的聚合物从生产井中排出。按照本发明的方法处理注入井或生产井可能要连续注入含水处理溶液2次或2次以上。当希望按本发明的方法处理之后立即恢复注入井的工作时，应在含水处理溶液和以后注入驱动液之间注入水或盐水隔离液，以防止过氧化物和随后注入的聚合物的扩散混合。
可以认为过氧化氢能降低聚合物的分子量，将其分成小的单元，而不明显地改变聚合物的化学组成和官能团的性质。虽然降解后的聚合物实质上与原来注入的高分子量聚合物是同类物质，但因其分子量较低，这种降解后的聚合物形体太小，不能在井中聚集形成稳定的聚集体，也不能堵塞地层孔隙。因此，低分子量的聚合物很少降低渗透率。另外互溶剂具有溶解聚合物聚集体中存在的烃的作用。
在在本说明书中，“近井筒环境”这一术语系指地下地层，包括井筒钻穿的地层的岩石基质裂缝网络，一般来说指从井筒向地层径向延伸约3.1米。此外，在本说明书中术语“聚合物积聚”与“聚合物积累”或“积累的聚合物”是通用的，表示高分子量的合成聚合物，高分子量的有机聚合物或其混合物在井筒，井壁上或地下地层某一部分的存在，其积聚数量达到降低地下地层渗透率的程度，从而降低通过该井向地层注入流体的能力。聚合物的积聚可含有垢，烃类、原油、藻类和其它物质形成的细颗粒或混合物。
下面的实例说明本发明的实施和用途，但不能作为对本发明范围的限制。
实例1
怀俄明州一口井，注聚合物前在压力约420psi条件下，每天注入水约325桶（BWIPD），通过该井把含有0.035%的分子量约15，000，000的聚丙烯酰胺水溶液注入地层。18个月后，由于在近井筒环境积聚了聚合物，在490psi压力条件下，注入能力降到165桶/日（BWIPD）。把含有10%（重量）过氧化氢的水溶液与TC-102-MS（含有烷基或芳烷基聚亚氧烷基磷酸酯表面活性剂，甲醇、异丙醇、辛醇和二甲苯的互溶剂，由Techno-chem公司1989年生产）按约5∶1的体积比混合。将约660加仑这种含水处理溶液注入到phosphoria地层的100英尺井段里。关井16到18小时。此后，注含驱动液的聚合物溶液，在460psi压力条件下注入率为340桶/日（BWIPD）。
实例2
怀俄明州的一口井，注聚合物之前，在约100psi压力条件下注水率为约1600桶/日（BWIPD）。通过该井把含有0.035%的分子量为15，000，000的聚丙烯酰胺水溶液注入地下地层中，20个月后，由于近井环境聚合物的积聚，在约220psi压力条件下注入率降到约1040桶/日（BWIPD）。把含有10%（重量）过氧化氢的水溶液与TC-102-MS（含有烷基或芳烷基聚亚氧烷基磷酸酯表面活性剂，甲醇、异丙醇、辛醇和二甲苯的互溶剂，由Techno-chem公司1989年生产）按约5∶1的体积比混合。把大约660加仑的含水处理溶液注入到Tensleep地层的125英尺井段里，关井16到18小时。此后，注含驱动液的聚合物溶液，在190psi压力条件下注入率为1980桶/日（BWIPD）。
实例3
怀俄明州的一口井，注聚合物前，在约400psi压力条件下注水率为约500桶/日（BWIPD）。通过该井把含有0.035%的分子量为15，000，000的聚丙烯酰胺水溶液注入地下地层中。16个月后，由于近井环境聚合物的积聚，在约515psi压力条件下注入率降到约205桶/日（BWIPD）。把含有10%（重量）过氧化氢的水溶液与TC-102-MS（含有烷基或芳烷基聚亚氧烷基磷酸酯表面活性剂，甲醇、异丙醇、辛醇和二甲苯，由Techno-chem公司1989年生产）以5∶1的体积比混合。把约660加仑含水处理液注入到phosphoria地层的100英尺井段里，关井16到18小时。此后，注含有驱动液的聚合物溶液，在490psi压力条件下注入率为577桶/日（BWIPD）。
正如以上实例1～3的结果表明，本发明的方法把井的注入率基本上恢复到该井开始注高分子量聚合物溶液时的注入率。
在说明本发明的前述实例的同时，应当指出还可做出属于本发明范围的其它方案和修正方案。
Claims (17)
1、一种用于恢复钻穿地下地层的井及所限定的井筒和井壁的注入能力的方法，井的注入能力由于聚合物在井筒内，井壁上和地下地层内积聚而降低，所述方法包括：
将一种含水处理溶液注入到钻穿地下地层的井中，所说的含水处理溶液含有其中溶解了约5～30%(重量)的无机过氧化物的水溶液和由醇、芳烃、烷基或芳烷基聚亚氧烷基磷酸酯表面活性剂构成的互溶剂，水溶液与互溶剂混合的体积比为2∶1～9∶1；以及
使聚合物积聚体与所说的含水处理液接触，使聚合物积聚体降解、分散、显著地恢复井的注入能力。
2、权利要求1的方法，其中还包括：
关井一段时间，使含水处理液有足够的时间降解和分散聚合物积聚体，由此显著恢复井的注入能力。
3、权利要求1的方法，其中所说的烷基或芳烷基聚亚氧烷基磷酸酯表面活性剂在互溶剂中的量为5～50%（重量）。
4、权利要求3的方法，其中所说的烷基或芳烷基聚亚氧烷基磷酸酯表面活性剂在互溶剂中的量为10～20%（重量）。
5、权利要求4的方法，其中所说的烷基或芳烷基聚亚氧烷基磷酸酯表面活性剂在互溶剂中的量为12～18%（重量）。
6、权利要求1的方法，其中所说的互溶剂由溶解在非水混合溶剂中的烷基或芳烷基聚亚氧烷基磷酸酯表面活性剂构成，非水混合溶剂的组成为（重量百分数）：甲醇20～27%，异丙醇40～44%，辛醇8～12%，二甲苯23～27%。
7、权利要求1的方法，其中所说的水溶液与所说的互溶剂的混合比约为5∶1。
8、权利要求6的方法，其中所说的水溶液与所说的互溶剂的混合比约为5∶1。
9、权利要求2的方法，其中关井时间为12～24小时。
10、权利要求1的方法，其中聚合物积聚体是在井壁上。
11、权利要求1的方法，其中聚合物积聚体是在井筒附近地层环境内。
12、权利要求1的方法，其中还包括：
注入一定体积的水、盐水或其混合物来推移所说的含水处理液使其与聚合物积聚体接触。
13、权利要求12的方法，其中聚合物积聚体是在井筒附近地层环境中。
14、权利要求1的方法，其中所说的聚合物积聚体是合成聚合物的积聚体。
15、权利要求14的方法，其中所说的合成聚合物是聚丙烯酰胺。
16、权利要求1的方法，其中井的注入能力基本上恢复到被聚合物积聚体降低以前的井的注入能力。
17、本文所述的全部发明。
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