CN87104364A - 地层灌注方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地层灌注方法，包括将一种碱性的地层灌注材料与由喷嘴喷出且与此灌注材料相结合的二氧化碳气体一起注入地层。在本方法中，二氧化碳气体的压力和喷嘴的开口尺寸可确定为，使喷出的二氧化碳气能不受地层压力变化的影响而保持恒定。在这种方式下，此二氧化碳气体以一定的比率与该碱性的地层灌注材料相结合。

Description

本发明涉及一种地层灌注方法，包括向松软的或漏水之类的地层，注入以硅酸钠为基质的固化介质一类碱性的地层灌注材料（硅酸钠也称作为“水玻璃”），并在此种灌充材料中加入二氧化碳气体，以实现使该地层固化或截水之目的;本发明还特别涉及到这样一种方法，其中，加压二氧化碳气体绝对流量的控制方法得到简化，而且允许二氧化碳气体能以一定的比率在可接受的地层压力范围内与硅酸钠水溶液混合。

业已提出过向一松软地层或漏水地层注入一种介质的方法，这种介质包括有硅酸钠之类的碱性的地层灌注材料以及作为硬化剂的二氧化碳气体，以实现该地层的固化或截水之目的。

一般地说，以联合方式向地层注入硅酸钠水溶液与二氧化碳气体时，除非使拟混入的二氧化碳气体按绝对量以基本恒定的比率供给硅酸钠溶液时，将不能形成均匀的硅酸钠聚集体。原因如下：当地层内压力变化时，注上的二氧化碳气体的数量会显著变化，于是便不能维持二氧化碳气体对硅酸钠的恒定比率，从而使硅酸钠与二氧化碳反应生成的胶态材料不均匀，因而不能形成均匀的聚集体。例如，在向地层注料时，如果每分钟的注入量保持不变，则注入压力通常由零变到约20公斤/平方厘米。相反，因为硅酸钠水溶液是液体，即使注入压力变化，它的绝对量也是不变的。然而，二氧化碳气体的体积，还有它的绝对数量则随注入压力的变化而变化。

作为解决上述问题的办法中之一，有日本专利公报第42769/84号所描述的一种介质注入系统。所提出的这种系统包括一根插入地层的注入管、一个与该注入管内部连通的硅酸钠储罐和一个二氧化碳气瓶，在此二氧化碳气瓶与注入管之间设置有一压力传感器，该压力传感器包括一个自动流量调节阀，一个经由压差传送器和开关操作器连接到流量指示调节器的流量计，以及一个通过图象操作器以相似的方式与流量指示调节器相连接的压力传送装置，这三个部件顺序地接在注入管与二氧化碳气瓶之间，从而使二氧化碳气体的绝对流量可由该自动流量调节阀得到控制，此自动流量调节阀则靠上述流量指示调节器根据那两个操作器的计算结果来启动，从而使硅酸钠水溶液和二氧化碳气体按它们的绝对流量之一个恒定的比率以联合的方式注入。

上述现有技术的注入系统具有以下优点：由于在二氧化碳气瓶与注入管之间放置了一个压力传感器，便可将硅酸钠水溶液和二氧化碳气体按它们的绝对流量的一个恒定比率，以联合方式注入地层而不受地层压力（公斤/平方厘米）变化的影响。不过，在实际应用该系统时，必须要有一套复杂的控制系统来探测地层压力变化以提供相应于地层压力变化的某一数量的加压二氧化碳气体，从而增加了用于此种控制系统之设备的成本，同时也带来了需对各个控制元件进行性能检查、控制和维护，以及操作时需小心控制等实际问题。

因此，本发明的目的即在于提供这样一种地层灌注方法，包括将硅酸钠水溶液和其中掺有加压二氧化碳气体注入地层，在此方法中，控制加压的二氧化碳气体绝对流量的方法得到简化，二氧化碳气体可在能接受的地层压力范围内按一定的比率与硅酸钠水溶液结合，同时在此种方法中也能解决上述现有技术中存在的那些问题。

根据本发明，上述之目的依靠采用以下地层灌注方法来实现，此方法包括：将一种碱性的地层灌注材料与由一个喷嘴喷出的二氧化碳气体混合一起注入地层，在此方法中，二氧化碳气体的压力及喷嘴的口径或规格经确定为，能在不受地层压力变化影响的条件下提供压力，且使喷出的二氧化碳气体数量保持恒定，这样，便可使二氧化碳气体按一定的比率与碱性的地层灌注材料结合。

采用上述的地层灌注方法，只需根据要求改变喷嘴的口径和二氧化碳气体的压力，便能迅即地提供与地层压力相应的二氧化碳气体，从而实现按一定的比率向地层联合地注入硅酸钠水溶液和二氧化碳气体，附带地，也达到了形式均匀的聚集体之效果。

此外，由于二氧化碳气体流量是靠那种二氧化碳气体喷嘴来控制，故能获得一种简便的介质注入操作方式，大大方便了介质的注入工作且显著地降低了成本。

通过下面结合附图对本发明最佳实施例所作的描述，本发明之上述目的及其他目的、特点和优点将可明了。

图1是阐明本发明基本概念的示意图;

图2表明当喷嘴口径为0.8毫米时，由该喷嘴喷出的二氧化碳气体之压力与数量的关系;

图3表示为二氧化碳气体压力为35公斤/平方厘米时，喷嘴口径与喷出的二氧化碳气体数量间的关系;

图4是说明依据本发明之一实施例的地层灌注方法之示意图。

参看图1，其中示明了为实施本发明之方法的一种系统，图中参考数号1标明用作碱性的地层灌注材料之硅酸钠水溶液的储灌，参考数号2指一台注入泵，而数号3指流量计。注入泵2将硅酸钠水溶液按一预定的流量通过管路4经流量计注入插入地层5中的注入管6。这一部分与前面述及的介质注入系统之硅酸钠注入管路的相同。用来将硅酸钠水溶液从储罐1流至注入管6的管子在这里称作为灌注材料输出管。

在本发明中，用一根管道8与一高压二氧化碳气瓶的开口连接，且使此管道的前端与注入管6连接。管道8上设有减压阀9和二氧化碳气体喷嘴10，喷嘴10有一个盘10a，盘10a的中央开了一个喷嘴孔10b，由此而构成了一个介质注入系统。

应当注意，管道8安排成能在其上可更换地安装具有不同口径的喷嘴10。另一种办法是，可以在二氧化碳气体输出管道8上平行地安装多个可用开关控制的具有不等口径的二氧化碳气体喷嘴10。

使用上述系统，可将硅酸钠的水溶液送入注入管6，同时使二氧化碳气体经过喷嘴10送入注入管6，从而这两者得以在注入管6内结合在一起。

本发明的旨意是，确定二氧化碳气体的压力和喷嘴的口径，以提供与地层压力变化无关的恒定的二氧化碳气体量，从而使碱性的地层灌充材料和二氧化碳气体能按一定的比率相互结合。二氧化碳气体的压力可根据需要通过操作减压阀9加以改变，而喷嘴的口径也可根据需要通过更换口径不同的喷嘴10来加以改变。

下面将参照说明试验结果的图2和图3，作具体的描述。

图2说明，使用一个配有3毫米厚，中央有0.8毫米孔径之盘形元件的喷嘴时，所喷出之二氧化碳气体量与其压力（分别为35、30和25公斤/平方厘米）间的关系。由图2可以看出，在某个压力范围内，所喷出的二氧化碳气体量（克/分钟）均保持恒定，但当压力超过某一极限时，喷出的二氧化碳气体量则减少。这样，便可通过调节二氧化碳气体压力的办法来获得相应于地层压力的气体量。二氧化碳气体压力的改变可通过调压阀实现。

图3表明喷出的二氧化碳气体压力固定到一给定值35公斤/平方厘米时，该气体的喷出数量与不同喷嘴口径之间的关系，组合几个口径不同的二氧化碳气体喷嘴便可对此二氧化碳的气体量实现控制，使之相应于地层压力。

图3中的曲线I表明，将两个口径为1毫米的喷嘴（每个喷嘴喷出的二氧化碳气体量为450克/分钟）和一个口径为0.4毫米的喷嘴（喷出的气体量为100克/分钟）组合使用时，所喷出的二氧化碳气量。

换句话说，当二氧化碳气体的压力，如图3中的情况，调节到某个恒定值时，可以置换不同口径的二氧化碳气体喷嘴，来适应地层的压力。

图4表示本发明的一个实施例，在该例中，注入泵2将储存在储罐1内的硅酸钠水溶液通过管道4注入插入地层5的注入管6内，其流量由流量计3测定。在罐1和泵2之间的管道4中装有一个伺服阀SV。

二氧化碳输出管道8和高压液态的二氧化碳气瓶7，7′和7″的开口相连接，在此管道上还接有一个伺服阀SV，一个加热器11，一个减压阀9和一个二氧化碳气体储气罐12。液态二氧化碳在加热器11内气化，然后经过减压阀9，使其压力降至某一选定值并在一预定压力下储存起来。在储气罐12的下游有若干平行的支管8a、8b、8c和8d，每一根支管上有一个伺服阀分别为V₁、V₂、V₃和V₄，以及一个二氧化碳气体喷嘴，分别为10，10′，10″和10″′。各个支管连接到一根管道8′上，而后者则与二氧化碳气体输出管8连接。二氧化碳气体排出管8的前端连到注入管6内。拟输出二氧化碳气体压力可由设在管道8中的流量计P₁和P₂测定。

喷嘴10、10′、10″和10″′具有不同的口径，可以用其中的一个或其中的几个之组合起控制喷出的二氧化碳气体量，使之与地层压力相适应，以便使硅酸钠水溶液和二氧化碳气体按照一定的流量比率结合，使它们得以通过注入管6注入地层。

可用于本发明之方法的碱性的地层灌注材料，包括硅酸钠水溶液或硅酸钠与反应剂的混合物，水泥和矿渣之类的液体固化材料以及含有一种能与二氧化碳起中和反应的碱的灌注材料。

Claims (1)

1. 一种地层灌注方法，包括将一种碱性地层灌注材料与由喷嘴喷出且与此种灌注材料相结合的二氧化碳气体一起注入地层，其中的二氧化碳气体压力和此喷嘴的口径可确定为，能使喷出的二氧化碳气量不受地层压力变化的影响而保持恒定，从而可使该碱性的地层灌注材料和二氧化碳气体能按一定的比率结合。

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