稳定未胶结地层的方法

专利名称：稳定未胶结地层的方法
技术领域：
油气井(hydorcarbon well)通常位于包含未胶结颗粒(例如，沙、砾石、支 撑剂、细粒等)的地层中，这些未胶结颗粒可以迁移出地层进入井筒和/或可以 与油、气体、水、和/或其它由井产生的流体一起产生。产出液中不期望存在 这种颗粒，因为这些颗粒可能磨蚀泵送设备及其它设备和/或降低来自井的所 需液体的产量。此外，尤其是，移入井筒的颗粒(例如，在下套管井段中的套 管和/或孔眼内部)可能阻塞井筒部分，阻碍来自井的所需液体的生产。这里所 定义的术语"未胶结颗粒"及其衍生词包括松散颗粒，以及以不充分的结合 强度结合的颗粒，所述结合强度不足以经得起由通过地层的流体流所产生的 力，这可能导致颗粒在地层内移动或迁移和/或移动或迁移入其中的空隙中。 未胶结颗粒可以包含，尤其是，地层中的沙、砾石、细粒和/或支撑剂颗粒， 例如，在压裂或砾石填充作业过程中位于地层中的支撑剂颗粒。这里所定义 的术语"未胶结地层"、"地层的未胶结部分"以及它们的衍生词包括含有未 胶结颗粒(这里定义了该术语)的任何结构。这里所使用的诸如"未胶结地层" 和"地层的未胶结部分"的那些术语包括地下裂缝，其中未胶结颗粒存在于 裂缝空隙内(例如，在裂缝内部形成支撑剂充填层)。
一种控制地层中未胶结颗粒的方法包括在靠近井筒处设置含有砾石(例 如，"砾石充填")的过滤层，从而为所需流体的制备提供未胶结颗粒输送的物 理障碍。通常，这种"砾石充填作业"包括将一定量的颗粒泵送并且放置在 位于邻近井筒区域的未胶结地层中。砾石充填作业的一种普遍类型包括在井 筒中放置一筛网，并且用砾石填充筛网和井筒之间的围绕环隙，所述砾石具 有用于防止地层沙通过的大小。筛网通常是用于保持砾石填充作业期间所放
置砾石的过滤组件。为了适应所使用砾石填充沙的特征，可以使用各种大小 和筛网结构。同样地，为了适应地层中未胶结颗粒的特征，可以使用各种大 小的砾石。为了安装砾石充填，通过用液体混合砾石从而以泥浆形式(通常使 其增粘)将砾石运送至地层。 一旦将砾石置于井筒中，工作液的粘度就会降低， 并且其回到地表。所得结构为从地层中移动沙粒提供了屏障，同时仍然容许 液体流动。
然而，这种砾石填充法的使用可能存在问题。例如，安装砾石充填既费 时又费钱。由于所需的时间和费用，有时期望放置无砾石筛网。然而，甚至 在实际上放置无砾石筛网的情形中，由于地层沙粒趋向于具有广泛的粒径分 布，所以经常难以确定所使用的适当筛网尺寸。当容许少量沙粒流过筛网时， 地层侵蚀成为重要忧患。结果，为了保证控制地层沙粒，常常必须放置砾石 以及筛网。近年来，已经开发并且运用了可膨胀沙筛。作为安装的一部分， 可膨胀砂筛可以为了控沙的目的，相对于井筒、下套管井或裸眼膨胀而无需 砾石填充层。然而，可膨胀筛网仍然可能呈现出诸如筛网侵蚀和筛网堵塞的 问题。
用于控制未胶结地层中颗粒的另一种方法包括通过向地层中施加胶结剂
(例如，树脂或增粘剂)以将未胶结颗粒胶结为稳定、可渗透的物质(mass)。这 些稳定、可渗透物质中的颗粒可以以足够的结合强度结合，从而能经得起由 通过地层的流体流动所产生的力和/或阻止移动或迁移，但是仍然可以容许通 过该物质孔隙空间的流体(一种或多种)流动。这通常通过以下方法来实现预 清洗地层的未胶结部分，施加可硬化树脂组合物，施加隔离液，施加外部催 化剂以使树脂固化，并且施加后沖洗液以从该地层部分的孔隙空间中除去过 量树脂。然而，传统胶结技术常常导致处理中使用的胶结剂、预冲洗液、后 冲洗液、和/或其它组分在地层中的渗透深度受限制或者不足。

发明内容
本发明涉及用于处理地层的方法和组合物。更具体地，本发明涉及稳定 地层的未胶结部分的方法。
在一个具体实施方案中，本发明提供了一种方法，其包括沿井筒在地
层的未胶结部分产生或加深至少两条槽，其中这些槽沿井筒的内表面彼此以
约180度设置；将胶结剂引入地层的未胶结部分的槽中；并且在一部分地层 中产生或加深至少一条裂缝。
在另一个具体实施方案中，本发明提供了一种方法，其包括沿井筒将 胶结剂引入地层的未胶结部分中的至少两条预形成槽中，其中这些槽沿井筒 的内表面彼此以约180度设置；并且在一部分地层中产生或加深至少一条裂 缝。
在另一个具体实施方案中，本发明提供了一种方法，其包括沿井筒确 定地层的未胶结部分的最大水平应力方向；沿井筒在地层的未胶结部分中产 生或加深至少两条槽，其中这些槽以大致平行于该地层的未胶结部分最大水 平应力方向的方向贯穿地层，并且这些槽沿井筒的内表面彼此以约180度设 置；将胶结剂引入地层的未胶结部分的至少一条槽中；并且在一部分地层中 产生或者加深至少一条裂缝。
一旦阅读以下优选具体实施方案的描述，本发明的特征和优点对于本领 域技术人员来说将是显而易见的。


这些附图举例说明了本发明一些具体实施方案的某些方面，并且它们不 应当用于限制或限定本发明。
图1显示了在本发明一个具体实施方案中被井筒贯穿的地层的横截面图。
图2显示了在根据本发明一个具体实施方案引入胶结剂之后，被井筒贯 穿的地层的横截面图。
图3显示了在根据本发明一个具体实施方案引入胶结剂并且在地层中产 生裂缝之后，被井筒贯穿的地层的横截面图。
具体实施例方式
本发明涉及用于处理地层的方法和组合物。更具体地，本发明涉及稳定 地层的未胶结部分的方法。
I.本发明的方法
技术领域：
本发明的方法包括沿井筒将胶结剂引入地层的未胶结部分中的至少两条
槽中，在一部分地层中产生或者加深至少一条裂缝。这里所使用的术语"槽"， 是指任何能使井筒和一部分地层之间流体连通的孔眼、管道、孔隙或者通道。 作为本文所使用的术语"槽"，其可以是自然存在的，或者其也可以是在本发 明方法之前和/或期间进行的地下处理或作业过程中来产生或加深。本文所定 义的术语"胶结"、"使胶结"及其衍生词包括稳定一部分地层的任何方法， 该方法可以至少部分稳定未胶结颗粒，从而使得它们能够以足够的结合强度 结合，以经得起由通过地层的流体流动所产生的力和/或阻止移动或迁移。本 文所定义的术语"胶结剂"包括任何可以稳定一部分地层部分的物质，该物 质能使未胶结的颗粒至少部分地胶结，本文中定义了该术语。
本发明的方法可以用于使地层的未胶结部分稳定，从而使得与使用现有 技术中已知的胶结方法可以达到的渗透相比，引入地层的胶结剂和/或组分可 以更深地渗透入地层。该提高的渗透深度尤其可以增强贯穿地层的井的生产 率和/或阻止颗粒材料(例如，沙粒、地层颗粒、支撑剂颗粒等)的返排。此外， 本发明的方法可以用于使地层的未胶结部分稳定，而不必需砾石填充层或筛 网。
在本发明方法中处理的地层可以是其中至少大量未胶结颗粒存在于地层 中的任何地层。这些未胶结颗粒可以包含，尤其是，地层中一个或多个裂缝 空间隙内的沙粒、砾石、细粒和/或支撑剂颗粒(例如，在裂缝内形成支撑剂充 填层的未胶结的支撑剂颗粒)。支撑剂颗粒可由任何适用于地下作业的材料组 成。实例包括，但不限于沙粒、铝土矿、陶瓷材料、玻璃材料(例如，玻璃
珠)、聚合物材料、Tefloi^材料、坚果壳碎片、种皮碎片、含有坚果壳碎片的 固化树脂质颗粒、含有种皮碎片的固化树脂质颗粒、果核碎片、含有果核碎 片的固化树脂质颗粒、木材、复合颗粒、以及它们的组合。同样也可以使用 复合颗粒，其中适当复合材料可以包含粘合剂以及填充材料，其中适当的填 充材料包括二氧化硅、矾土、烟碳(fUmed carbon)、炭黑、石墨、云母、二氧 化钛、正硅酸盐、硅酸钙、高岭土、滑石、氧化锆、硼、飞尘、空心玻璃微 珠、固态玻璃、磨碎的坚果皮/种皮或外壳、锯屑、磨碎的纤维素纤维以及它 们的组合。通常，颗粒具有约2至约400目(美国筛制)的大小。在特别的具体 实施方案中，颗粒粒径分布范围是6/12目、8/16、 12/20、 16/30、 20/40、 30/50、 40/60、 40A70或50/70目中的一种或更多种。应当理解，在本文中所使用的术
语"颗粒"包括全部已知形状的材料，所述材料包括基本上球形的材料、纤 维状材料、多边形材料(例如立方体材料)以及它们的混合物。此外，通常包括 尤其可以用于负担封闭裂缝的压力的纤维状材料。在某些具体实施方案中， 支撑剂颗粒可以涂有本领域普通技术人员已知的任何适当树脂或增粘剂。
贯穿被处理地层的井筒可以包含一个或更多个输送管或套管柱(例如，"套 管的"或"部分套管的"井筒)。在某些具体实施方案中，井筒可以是未套管 的。在贯穿被处理的地层部分的井筒部分是套管或部分套管的那些具体实施 方案中，可以在套管中产生孔眼或孔以容许套管内部和套管外部地层(一个或 多个)之间流体联通。在某些具体实施方案中，可以在本发明的方法中通过引 导流体和/或工具通过这些套管中的孔眼或孔来产生或加深地层的未胶结部分 中的槽。套管中的孔眼或孔可以通过任何本领域中已知的适当方法来产生。 在某些具体实施方案中，这些孔眼或孔可以在套管置于井筒之前就存在于套 管中。在某些具体实施方案中，套管中的孔眼或孔可以使用用于产生或加深 地层的未胶结部分中槽的相同工具或方法来产生，例如，通过使用水力喷射 技术(如下所述)。在其它具体实施方案中，可以在进行本发明方法之前或者之 间使用其它方法或装置来产生孔眼或孔。在某些具体实施方案中，可以通过 胶结剂(或者含有胶结剂的流体)排出存在于套管孔眼或孔中的颗粒，这尤其可 以增强或者恢复通过套管中那些孔眼或孔的流体流动。
本发明的方法可以任选包括在井筒中隔离特定区域(例如，与地层的未胶 结部分邻近的井筒区域)的步骤，这尤其使得能够选择性地将胶结剂和/或其它 物质置于特定的地层部分中。
可以使用任何本领域中己知的用于隔离井筒中特定区域的方法或工具。 例如，可以使用能够从一个特定地层部分将流体流分流至另一地层部分的任 何静态分流剂或工具(例如，化学品、流体、颗粒或者设备)。适当静态分流剂 的实例包括，但不限于流体(例如，水基和/或非水基流体)、乳剂、凝胶、 泡沫、可降解材料(例如，聚酯、原酸酯、聚(原酸酯)、聚酸酐、去水有机和/ 或无机化合物)、颗粒、封隔器(例如，精确封隔器和选择性注入封隔器)、堵 塞球、封隔设备、颗粒、沙塞、桥塞等。凭借本文的帮助，本领域技术人员 将会认识到在本发明方法中什么时候应当隔离特定区域，以及实现该隔离的 适当工具或方法。 沿井筒在地层的未胶结部分中产生或加深两条或更多条"槽"。地层中槽 的存在尤其可以使得与现有技术中已知的胶结法可以达到的渗透相比，胶结 剂和/或其它组分可以更深地渗透入地层。本发明方法中槽的存在也可以引起 地层中一条或更多条裂缝的产生或加深，这些裂缝可以增加地层的有效渗透 率(例如，增加从该地层中所需流体的产出)。
这些槽通常沿井筒的内表面的圆周彼此以约180度的位置存在(或产生) 于地层的未胶结部分中，这有时被称为"双翼"结构。该双翼结构尤其可以 降低曲率，降低靠近井筒处的摩擦，和/或降低多个靠近井筒处裂缝的可能性。 图1举例说明了具有根据本发明一个具体实施方案的"双翼"结构的井筒10 的横截面图，其具有与贯穿地层11的井筒IO相联系的两条槽，它们的位置 为沿井筒10的内表面12的圆周彼此成约180度。在某些具体实施方案中， 这些槽可以具有至少约1英寸的长度。在某些具体实施方案中，这些槽可以 具有约0.25英寸至约1英寸范围的宽度。
在本发明的方法中可以使用本领域技术人员已知的任何方式沿井筒在地 层的未胶结部分中产生或加深这些槽。在本发明的一些具体实施方案中，可 以使用"水力喷射(hydrajetting)"技术来产生或加深两条或更多条槽。如同本 文所使用的，这里所定义的术语"水力喷射"及其衍生词包括使用任何其中 将流体(例如，液体或气体)推向地层内部表面从而侵蚀至少一部分该表面的方 法或者工具。尤其是，该侵蚀可以由于通过一种或更多种流体组分进行的机 械侵蚀和/或化学侵蚀(例如，酸化、溶解、腐蚀等)而产生。在某些具体实施 方案中，水力喷射技术可以包括推动含有磨蚀材料(例如，诸如沙粒、砾石、 可降解颗粒等的颗粒材料)的流体和/或将流体以足够高的压力推向地层内部 表面，从而侵蚀至少一部分该表面。美国专利号5,765,642、 5,494,103，以及 5,361,856、 5,335,724，以及5,547,023和美国专利申请公开号2004/0256099中 描述了适当水力喷射工具和水力喷射方法的实例，这些文献的相关部分在此 通过引用并入。可用于产生或加深地层的未胶结部分中槽的其它方法实例包 括，但不限于精密增产技术(pinpoint stimulation technique)、压力脉冲技术、 穿孔技术(例如，用于在用水泥灌入井筒的套管中产生孔眼的技术)及本领域中 已知的其它相似做法。
在某些具体实施方案中，本发明的方法可以用于"各向异性地层"，如同
本文中所使用的，该术语描述了地层中的应力差、应力的取向或方向。在本 发明的某些具体实施方案中，除了上覆岩层应力(它是垂直应力(例如，上面地 层的重量))之外，同时也存在最大水平应力和最小水平应力，可以使用任何现 有技术中已知的用于进行地层中最大水平应力方向测定的方法来测定该方 向。例如，可以通过观察地层中测试裂缝延伸的方向来测定最大水平应力的
方向，该裂缝延伸方向将会垂直于最大水平应力方向。美国专利号5,335,724、 5,318,123和4,864,864中描述了其它进行该测定的方法的实例，这些文献中的 相关内容在此通过引用并入。最大水平应力的方向也可以通过观察或测定地 层中的最大渗透性方向来确定，该最大渗透性方向可以与最大水平应力方向 相关并且用于确定最大水平应力方向。
在确定最大水平应力方向之后，可以产生或加深两条或更多条槽，使得 这些槽以大致平行于最大水平应力方向的方向贯穿地层。如同本文所使用的， 短语"大致平行"定义为包括任何在基准方向约30度之内的方向。在某些具 体实施方案中，这些槽可以以离最大水平应力方向约15度之内的方向贯穿地 层。
本发明方法可以任选包括在进行本发明方法之前、期间或者之后任意一 点向地层中提供和引入一种或多种预冲洗液(preflush fluid)。通常，可以在将
胶结剂引入地层的未胶结部分中的槽之前的任何时间注入预冲洗液。在某些具体实施方式
中，尤其可以使用预冲洗液，从而从地层的孔隙空间中清除不 需要的物质(例如，油、残余物、或者碎片)，清除套管柱孔眼或孔中的这种不 需要物质，和/或使地层为随后的胶结剂的放置做好准备。例如，可以将酸性 预冲洗液引入地层的至少一部分中，这尤其可以溶解地层中的不需要物质。 可以通过水力喷射工具将该预冲洗液引入地层的未胶结部分的槽中，从地表 直接泵送入贯穿地层的井筒中，或者用任何其它适当方法将其引入地层中。 通常，所使用预冲洗液的体积在胶结剂体积的0.1倍至50倍之间。在以下章 节II中更详细地描述了适合与本发明一起使用的预冲洗液实例。
图2举例说明了在将胶结剂15引入贯穿地层11的槽14之后图1中所描 绘的井筒10的横截面图。在某些具体实施方案中，尤其是由于地层中槽的存 在和放置，胶结剂能够深深地渗透入地层中。可以使用任何现有技术中已知 的方法将胶结剂引入地层的两条或更多条槽中。在某些具体实施方案中，可
以通过将胶结剂泵送入自地表贯穿地层的井筒中，从而将胶结剂引入地层的 两条或更多条槽中。在某些具体实施方案中，可以通过能够引导流体流进入 地层(例如，水力喷射工具)的工具将胶结剂引入地层的两条或更多条槽中。也 可以通过使用分流剂或者分流工具(例如，化学品、流体、颗粒或设备)将流体 流分流入特定槽(一条或多条)中，从而将胶结剂选择性地放置于地层的槽中。 适当分流剂的实例包括，但不限于流体(例如，水基和/或非水基流体)、乳 剂、凝胶、泡沫、可降解材料(例如，聚酯、原酸酯、聚(原酸酯)、聚酸酐、 去水有机和/或无机化合物)、颗粒、封隔器(例如，精确封隔器(pinpoint packer) 和选择性注入封隔器)、堵塞球、封隔设备、颗粒、沙塞、桥塞等。
在将胶结剂引入地层的未胶结部分的至少一条槽中之后，在地层部分中 产生或加深至少一条裂缝，从而尤其至少部分恢复该地层部分的渗透性并且 使井筒和已胶结区域外部的地层部分(例如，油藏地层(reservoir formation))重 新连接。在地层中"加深" 一条或更多条裂缝，当本文使用该术语时，是指 延长或扩大地层中一条或更多条自然或预先形成的裂缝。图3举例说明了在 已经引入胶结剂15的地层部分中生成或加深裂缝16之后，图1和2中所描 绘井筒10的横截面图。在地层中产生或者加深至少一条裂缝尤其可以恢复一 部分已经胶结地层的渗透性，和/或在已经容许引入一部分地层中的胶结剂完 全固化和/或聚合之后，保持将会变胶结的该部分地层的渗透性。
可以通过本领域技术人员已知的用于在地层中产生或加深一条或更多条 裂缝的任何方法来实现压裂步骤。例如，可以使用水力压裂处理，其中以足 以在地层中产生或加深一条或多条裂缝的速率和/或压力将流体(例如，压裂液) 引入地层中。在某些具体实施方案中，水力压裂处理中所使用的流体可以包 括稠化液(例如，含有胶凝剂、交联的胶凝剂、表面活性剂、或者它们的组合 的流体)，在某些具体实施方案中，可以将含有支撑剂颗粒的流体引入地层中， 并且其中的支撑剂颗粒可以沉积于裂缝中，尤其以保持裂缝的流体传导性。 可以用可固化树脂或者胶结剂涂布支撑剂，目的之一是在裂缝(一条或多条) 中形成坚硬的、可渗透的固体，尤其是防止支撑剂在生产期间从井中回流， 和/或增强和保持支撑裂缝(一条或多条)的传导性。尤其是，支撑剂也尤其可 以和纤维质颗粒混合，从而与支撑剂一起形成稳定的网状物并且同样部分控 制支撑剂回流。
在某些具体实施方案中，可以使用例如在美国专利号5，765，642、
5，494，103、以及5,361,856、 5,335,724、 5,547，023(这些文献的相关部分在此通
过引用并入)中描述的那些水力喷射工具在地层中产生或加深一条或更多条裂
缝。这些裂缝尤其可以恢复一部分地层的渗透性和/或将地层的一些阻塞部分
暴露于井筒。例如，可以通过水力喷射工具以在地层中产生或加深一条或多
条裂缝的方式引入流体(例如，液体或气体)。在某些具体实施方案中，水力 喷射工具可能以足以在地层中产生或加深一条或更多条裂缝的速率和压力将
流体引入地层中。在某些具体实施方案中，用水力喷射工具引入的流体可以 包含磨蚀材料(例如，诸如沙粒、砾石、可降解颗粒等的颗粒材料)，这些材料 尤其可以促进恢复一部分地层的渗透性。
可以在将胶结剂引入地层的未胶结部分中至少一条槽中之后的任一点进 行在地层部分中产生或加深一条或更多条裂缝的步骤。在某些具体实施方案 中，可以在胶结剂已经使地层的未胶结部分至少部分地胶结之前(例如，在允 许胶结剂完全固化和/或聚合之前)，在地层部分中产生或加深一条或更多条裂 缝。在某些具体实施方案中，可以在允许胶结剂固化和/或聚合的"关井期" 之后，在地层部分中产生或加深一条或更多条裂缝。
本发明方法可用于使地层的未胶结部分中的单个层段胶结，或者可以重 复从而分别胶结几个不同层段中的地层部分。在处理几个不同层段的具体实 施方案中，这几个层段可以被一个井筒、不同的邻近井筒、或者不邻近的不 同井筒贯穿。
本发明的方法可以在地层中进行任何种类地下作业之前、与之结合、或
者之后使用，这些地下作业包括，但是不限于压裂作业、砾石充填作业、
压裂充填作业(即，压裂和砾石充填作业的组合)等。例如，本发明的方法有时 可以在压裂作业之后使用，其中本发明的方法用于使位于一个或更多个在压 裂作业期间产生或加深的裂缝内部的支撑剂颗粒至少部分地胶结。在某些具
体实施方案中，本发明的方法任选可以包括通过动态分流工具(dynamic diversion tool)和/或通过适于将其它添加剂或工作液引入地层的任何其它手段 将那些添加剂和工作液引入地层中，所述其它添加剂和工作液例如，相对渗 透率改善剂、支撑剂、表面活性剂、气体、杀生物剂、酸、或任何其它适当 的添加剂或工作液。II.流体
用于本发明某些具体实施方案中的预冲洗液可以包括任何流体，只要该 流体不与根据本发明使用的其它组分(例如，胶结剂)或者地层发生不利的反 应。例如，预冲洗液可以是水基液体、烃基液体(例如，煤油、二甲苯、甲苯、 柴油、石油、酯等)、泡沬流体(例如，含有气体的液体)或者气体(例如，氮气 或者二氧化碳)。水基流体可以包括淡水、盐水、卤水、或海水，或任何其它 含水流体，只要其不与根据本发明使用的其它组分或地层发生不利的反应。 在某些具体实施方案中，水基预工作液可以包含表面活性剂。例如，本发明 中可以使用任何与随后所使用处理(例如，胶结剂)相容的表面活性剂，从而帮 助胶结剂流向地层中相邻颗粒间的接触点。这种表面活性剂包括，但是不限 于乙氧基化的壬基酚磷酸酯， 一种或更多种阳离子表面活性剂、 一种或更 多种非离子型表面活性剂以及烷基膦酸酯表面活性剂的混合物。美国专利号
6,311,773中描述了一种或更多种阳离子型和非离子型表面活性剂的适当混合
物，该文献的相关内容在此通过引用并入。优选C,2-C22垸基膦酸酯表面活性
剂。所使用的一种或多种表面活性剂可以以一定量存在于预冲洗液中，该量 足以使地层准备好接受胶结剂的处理。在本发明的一些具体实施方案中，以
含水流体的重量计，预冲洗液中含有约0.1%至约3%范围内的表面活性剂。
用于本发明某些具体实施方案中的压裂液可以包括任何流体，只要该流 体不与根据本发明使用的其它组分或者地层发生不利的反应。例如，压裂液
可以是水基液体、烃基液体(例如，煤油、二甲苯、甲苯、柴油、石油等)、粘 弹性表面活性剂流体、泡沫流体(例如，含有气体的液体)、或者气体(例如， 氮气或者二氧化碳)。水基流体可以包括淡水、盐水、卤水、或海水，或任何 其它含水流体，只要其不与根据本发明使用的其它组分(例如，胶结剂)或地层 发生不利的反应。
本发明方法中使用的预冲洗液和/或压裂液可以包含许多额外的添加剂，
包括，但不限于盐、表面活性剂、酸、降滤失添加剂、气体、起泡剂、乳 化剂、防腐剂、防垢剂、催化剂、粘土控制剂、杀生物剂、降阻剂、消泡剂、
桥堵剂、分散剂、絮凝剂、H2S清除剂、C02清除剂、去氧剂、润滑剂、增黏
剂、破碎剂、增重剂、相对渗透率改善剂、颗粒材料(例如，支撑剂颗粒)等。
在某些具体实施方案中，预冲洗液和/或压裂液可以包含活化剂或催化剂，它 们尤其可以用于激活胶结剂的聚合。凭借本文的帮助，本领域技术人员将会 认识到对于某特定用途，预冲洗液和/或压裂液中可以含有的添加剂种类。
ni.胶结剂
用于本发明方法的适当胶结剂包括任何可以稳定地层部分的组合物，该 组合物至少能部分稳定未胶结颗粒，从而阻止它们移动或迁移。适当胶结剂
的实例包括树脂、增粘剂、以及可凝胶化(gelable)的液体组合物。 A.树脂
适合用作本发明方法中胶结剂的树脂包括任何能够形成硬化、胶结的物 质(mass)的适当树脂。这里所使用的术语"树脂"包括任何众多物理上相似的 聚合合成物或者化学改性的天然树脂，包括然而并不限于热塑性材料和热固 性材料。许多这种树脂通常用于地下胶结作业，并且一些适当的树脂包括双 组分环氧基树脂、酚醛树脂、聚环氧树脂、苯酚醛树脂(phenol-aldehyde resin)、 脲醛树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂(phenolic resin)、呋喃树脂、呋喃/糠醇树 脂、酚醛/胶乳树脂、苯酚甲醛树脂(phenol formaldehyde resin)、聚酯树脂及它 们的混合物和共聚物、聚氨酯树脂及它们的混合物和共聚物、丙烯酸酯树脂、 以及它们的混合物。 一些适当的树脂，例如环氧树脂，可以由内部催化剂或 活化剂固化，以使得在井下泵送时，仅用需要的时间和温度即可将它们固化。 其它适当树脂，例如呋喃树脂，可能规定要在延迟的速率下固化，或者如果 固化温度低(即，小于250。F)，则需要延迟催化剂(time-delayedcatalyst)或者外 部催化剂以帮助激活树脂聚合，然而如果地层温度高于约250°F,优选高于约 300°F，这些树脂会在时间和温度的作用下固化。可以使用任何适当方法将这 种外部催化剂引入地层中。凭借本文的帮助，本领域技术人员能够选择用于 本发明具体实施方案的适当树脂并且确定是否需要催化剂引发固化。
将会引入流体的地层的温度可能影响适当树脂的选择。例如，对于具有 约60°F至约250°F的井底静态温度("BHST")的地层，可以优选含有可硬化 树脂组分和包含特殊硬化剂的硬化剂组分的双组分环氧基树脂。对于具有约 300。F至约600°F BHST的地层，可以优选呋喃基树脂。对于具有约200°F至
约400。FBHST的地层，酚醛基树脂(phenolic-basedresin)或多官能、高性能环 氧基树脂可以是适当的，对于具有至少约175°F BHST的地层，苯酚/苯酚甲 醛/糠醇树脂同样也可以是适当的。
任何与所选择的树脂相容并且达到所需粘度效应的溶剂都适用于本发 明。 一些优选的溶剂包括，但不限于乳酸丁酯、二丙二醇甲醚、二丙二醇 二甲醚、二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、碳酸 丙烯酯、甲醇、丁醇、右旋柠烯、脂肪酸甲酯、以及它们的组合。其它优选 溶剂包括可溶于水的溶剂，例如，甲醇、异丙醇、丁醇、乙二醇醚溶剂、以 及它们的组合。适当的乙二醇醚溶剂包括，但是不限于二乙二醇甲醚、二
丙二醇甲醚、2-丁氧基乙醇、含有至少一 个d至C6烷基的C2至C6二羟基烷
醇醚、二羟基垸醇单醚、甲氧基丙醇、丁氧基乙醇、己氧基乙醇、以及它们 的异构体。凭借本文的帮助，本领域技术人员有能力根据所选择的树脂来选 择适当的溶剂。
B.增粘剂
适用于本发明方法的增粘剂显示粘性特征，并且因此赋予地层中未胶结 颗粒一定程度的胶结。这里定义的术语"增粘剂"包括任何具有这样一种性 质的组合物，在触摸时它(或者可以被活化而变得)有些粘性。在某些具体实施 方案中，可以配制增粘剂，从而通过与催化剂或者活化剂接触，或者在某些 条件下(例如，温度)，它以延迟的速率被"激活"。适合用于本发明中的适当 增粘剂实例包括非水增粘剂、含水增粘剂、以及甲硅烷基改性聚酰胺。
一种适合用于本发明中的增粘剂类型是非水增粘剂。适当增粘剂的实例 可以包括在地层温度下的液态聚酰胺或聚酰胺溶液，从而当被引入地层时， 它们自身是非硬化的。这种增粘剂的一个实例包括由可商购多元酸和多元胺
组成的縮合反应产物。适当商业产品包括例如C36二元酸混合物的化合物，所
述C36 二元酸包含与多元胺反应的一些三聚酸和更高的低聚酸以及少量单体 酸。其它多元酸包括三聚酸，由脂肪酸制备的合成酸、马来酸酐、丙烯酸等。 这种酸化合物可以从诸如Witco Corporation、Union Camp、Chemta11以及Emery Industries的公司商购得到。反应产物可由，例如，Champion Technologies, Inc. 以及Witco Corporation获得。可以用作非水增粘剂的其它化合物包括例如聚
酯、聚碳酸酯以及聚氨基甲酸酯的液体和溶液，例如虫胶的天然树脂等。美
国专利号5,853,048和5,833,000中描述了其它适当的非水增粘剂，这些文献 中的相关内容在此通过引用并入。
可以使用适合用于本发明的非水增粘剂以使它们形成非硬化涂层，或者 可以将它们与能和非水增粘剂反应形成硬化涂层的多功能材料结合。这里所 使用的"硬化涂层"是指增粘剂和多功能材料的反应将会产生基本上不可流 动的反应产物，该产物在胶结团块中显示出比增粘剂单独与颗粒一起更高的 抗压强度。在这种情况下，非水增粘剂可以起与可硬化树脂相似的功能。适 合用于本发明的多功能材料包括，但不限于醛，例如甲醛；二醛，例如戊 二醛；释放半縮醛或醛的化合物；卤化二酸；二卤化物，例如二氯化物和二 溴化物；多元酸酐，例如柠檬酸；环氧化物；糠醛；戊二醛或者醛縮合物等， 以及它们的组合。在本发明一些具体实施方案中，多功能材料可以与增粘剂 混合，其量为增粘剂重量的约0.01至约50%，从而实现反应产物的形成。在 一些优选的具体实施方案中，多功能材料以增粘化合物重量的约0.5至约1% 的量存在。美国专利号5,839,510中描述了适当的多功能材料，该文献中的相 关内容在此通过引用并入。
适合与非水增粘剂一起使用的溶剂包括任何与非水增粘剂相容并且达到 所需粘度效应的溶剂。适合用于本发明的溶剂优选包括，但不限于二丙二 醇甲醚、butyl bottom alcohol、 二丙二醇二甲醚、二乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、 甲醇、丁醇、异丙醇、二乙二醇丁醚、碳酸丙烯酯、右旋柠烯、2-丁氧基乙醇、 醋酸丁酯、乙酸糠酯、乳酸丁酯、二甲亚砜、二甲基甲酰胺、脂肪酸甲酯、 以及它们的组合。凭借本文的帮助，本领域技术人员能够确定是否需要溶剂 以达到适于地下条件的粘度，并且如果需要，则需要多少。
当把适合用于本发明的含水增粘剂置于颗粒上时其没有显著粘性，但是 其能够在所需的时间被"活化"(即，使其不稳定、聚结、和/或起反应)从而 将化合物转变为粘性的、增粘的化合物。可以在含水增粘剂置于地层之前、 期间或者之后进行这种活化。在一些具体实施方案中，可以首先对颗粒表面 进行预处理以使其准备好被含水增粘剂涂布。适当含水增粘剂通常是含有这 样化合物的带电聚合物当在含水溶剂或溶液中时，这些化合物能形成非硬 化涂层(由自身形成或与活化剂和/或催化剂一起形成)，并且当将其置于颗粒
上时，当由水流接触时，其会增加颗粒的连续临界再悬浮速度(continuous critical resuspension velocity)。含水增粘剂可以增强地层内部各个颗粒(它们是 支撑剂颗粒、地层颗粒或其它颗粒)之间的粒间接触，帮助引起颗粒胶结成粘 结、柔韧的并且渗透性的物质。当使用时，活化剂和/或催化剂可以是包含含 水增粘剂的工作液的一个组分，或者可以通过任何合适的方法分别将其引入 地层中。
适用于本发明的含水增粘剂实例包括，但不限于丙烯酸聚合物、丙烯 酸酯聚合物、丙烯酸衍生物聚合物、丙烯酸均聚物、丙烯酸酯均聚物(例如聚(丙 烯酸甲酯)、聚(丙烯酸丁酯)以及聚(丙烯酸-2-乙基己酯))、丙烯酸酯共聚物、 甲基丙烯酸衍生物聚合物、甲基丙烯酸均聚物、甲基丙烯酸酯均聚物(例如聚 (甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸丁酯)以及聚(甲基丙烯酸-2-乙基己酯))、丙 烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯聚合物、丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯衍生物聚合物、 丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯共聚物、以及丙烯酸/丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯共 聚物、以及它们的组合。这里所定义的术语"衍生物"包括，例如，通过用 另一个原子或原子团取代所列化合物中的一个原子，离子化一种所列化合物， 或者制备一种所列化合物的盐，从而由一种所列化合物制备的任何化合物。 于2004年6月9日提交的美国专利申请号10/864,061，以及于2004年6月9 日提交的美国专利申请号10/864,618中公开了确定适当含水增粘剂的方法以 及关于含水增粘剂的额外内容，这些文献的相关内容在此通过引用并入。
可以将适合用于本发明方法增粘剂中的甲硅烷基改性的聚酰胺化合物描 述为基本上自硬化的组合物，它们能够，例如，在地层或支撑剂充填层孔隙 中，至少部分以未硬化状态粘附于颗粒，而且进一步能够将自己自硬化至地 层颗粒的各个颗粒不会粘附于其上的基本上非粘性的状态。例如，这种甲硅 烷基改性聚酰胺可以基于甲硅烷化(silating)化合物与聚酰胺或聚酰胺混合物
的反应产物。聚酰胺或聚酰胺混合物可以是一种或更多种聚酰胺中间体化合 物，例如，它们可以通过由多元酸(例如，二元酸或更多元的酸)和多元胺(例 如，二元胺或更多元的胺)的反应以形成脱水聚酰胺聚合物而获得。美国专利 号6，439，309中描述了其它适当甲硅'烷基改性的聚酰胺以及制备这种化合物的 方法，该文献中的相关内容在此通过引用并入。
Harms等人的美国专利号5,249,627中描述了一些适当的增粘剂，该文献中的相关内容在此通过引用并入。Harms公开包含选自以下的至少一种的含 水增粘剂苄基可可二(羟乙基)季胺(benzyl coco di-(hydroxyethyl)quatemary amine)、与甲醛縮合的对-叔-戊基苯酚、以及含有约80%至约100%的C，烷 基甲基丙烯酸酯单体和约0%至约20%亲水单体的共聚物。在一些具体实施方 案中，含水增粘剂可以包含含有约90%至约99.5%丙烯酸-2-乙基己酯和约 0.5%至约10%丙烯酸的共聚物。适当亲水单体可以是任何能提供极性含氧或 含氮基团的单体。适当的亲水单体包括(甲基)丙烯酸二垸基氨基垸基酯以及它 们的四元加成物(quaternary addition)和酸性盐、丙烯酰胺、N-(二烷基氨基烷基) 丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和它们的四元加成物和酸性盐、羟垸基(甲基)丙烯酸 酯、例如甲基丙烯酸或优选丙烯酸的不饱和羧酸、羟乙基丙烯酸酯、丙烯酰 胺等。这些共聚物可以通过任何适当的乳液聚合技术来制备。例如，在美国 专利号4,670,501中公开了这些共聚物的制备方法，该文献的相关内容在此通 过引用并入。
C.可凝胶化的液体组合物
适合用于本发明方法中的可凝胶化的液体组合物可以包括任何能够转化 成凝胶化的物质的可凝胶化的液体组合物，所述凝胶化的物质能够基本上堵 塞地层的渗透性同时使得地层保持柔韧性。也就是说，凝胶化的物质会对地 层产生例如烃类的所需流体的能力产生负面影响。正如以上的讨论，可以通 过裂穿胶结部分来恢复地层的渗透性。如同这里所提到的，术语"柔韧性" 是指这样一种状态，其中经处理的地层或材料相对有延伸性并且有伸縮性， 并且能够经得起很多的压力循环而没有实质上的破坏。从而，所生成的凝胶 化的物质应当是半固体、不可移动、胶状的物质，尤其是，其稳定经处理的 地层部分同时容许地层吸收压力循环期间产生的应力。因而，凝胶化的物质 可以同时通过稳定地层沙粒和通过增加地层沙粒的柔韧性来帮助防止地层的 破坏。适当可凝胶化的液体组合物的实例包括，但不限于固化以形成柔韧 性凝胶的树脂组合物、可凝胶化的含水硅酸盐组合物、可交联的含水聚合物 组合物、以及可聚合的有机单体组合物。可凝胶化的液体的某些具体实施方 案包括可固化的树脂组合物。对于本领域技术人员来说，可固化的树脂组合 物是众所周知的，并且其己经被用于使未胶结地层部分胶结并且将支撑剂材
料胶结为坚硬、可渗透的物质。虽然根据本发明使用的可固化树脂组合物可 以类似于那些之前用于将沙粒和支撑剂胶结为坚硬、可渗透物质的组合物， 然而它们的区别在于适合与本发明一起使用的树脂不固化为坚硬、可渗透的 物质；相反地，它们固化为柔韧、凝胶化的物质。也就是说，适当可固化树 脂组合物在未胶结地层的经处理部分的颗粒之间形成弹性凝胶化的物质，从 而使得地层部分保持柔韧性以对抗破坏。使固化的树脂组合物凝固和硬化以 便为地层经处理的部分提供高胶结强度是不必要或者不期望的。相反地，一 旦固化，根据本发明有用的可固化树脂组合物形成半固体、不可移动的、凝 胶化的物质。
通常，根据本发明有用的可固化树脂组合物可以包含可固化树脂、稀释 剂、以及树脂固化剂。当可固化树脂组合物中使用某些树脂固化剂，例如聚 酰胺时，该组合物形成上述半固体、不可移动的、凝胶化的物质。在所使用 树脂固化剂可能导致有机树脂组合物形成坚硬、脆性材料而不是所需的凝胶 化的物质的情形中，可固化树脂组合物可以进一步包含一种或更多种"增韧 添加剂"(以下将更详细地描述)，从而为固化组合物提供柔韧性。
可用于本发明可固化树脂组合物的可固化树脂实例包括，但不限于有 机树脂，例如聚环氧化物树脂(例如，双酚A-环氧氯丙垸树脂)、聚酯树脂、 脲醛树脂、呋喃树脂、聚氨酯树脂、以及它们的混合物。这些中，优选聚环 氧化物树脂。
任何与可固化树脂相容并且达到所需粘度效应的稀释剂都适用于本发 明。可用于本发明可固化树脂组合物的稀释剂实例包括，但不限于苯酚； 甲醛；糠醇；糠醛；醇；醚(例如丁基縮水甘油醚和甲苯基縮水甘油醚、苯基 縮水甘油醚)；以及它们的混合物。在本发明的一些具体实施方案中，稀释剂 包含乳酸丁酯。稀释剂可用于在80°F下将可固化树脂组合物的粘度降低至约 3到约3,000厘泊("cP")。尤其是，稀释剂起到了为固化组合物提供柔韧性 的作用。稀释剂可以以足以提供所需粘度效应的量存在于固化树脂组合物中。 通常，所使用的稀释剂以固化树脂重量的约5%至约75%的量存在于可固化树 脂组合物中。
通常，任何可用于固化有机树脂的树脂固化剂都适用于本发明。当所选 择的树脂固化剂是酰胺或聚酰胺时，通常不需要增韧添加剂，这尤其是因为
这种固化剂导致可固化树脂组合物转变为半固体、不可移动的、凝胶化的物 质。其它适当树脂固化剂(诸如胺、多胺、亚甲基双苯胺、以及其它本领域中 己知的固化剂)将趋向于固化成坚硬、脆性的材料，从而将受益于增韧添加剂 的加入。通常，无论是否加入增韧添加剂，所使用的树脂固化剂以可固化树
脂重量的约5%至约75%的量存在于可固化树脂组合物中。在本发明的一些具 体实施方案中，所使用的树脂固化剂以可固化树脂重量的约20%至约75%的 量存在于可固化树脂组合物中。
如上所述，可以将增韧添加剂用于，尤其是，为由可固化树脂组合物形 成的凝胶化的物质提供柔韧性。这里所定义的术语"增韧添加剂"包括任何 能够为由可固化树脂组合物形成的物质赋予柔韧性质(例如，可展性、弹性) 的物质。在所选择的树脂固化剂可能导致有机树脂组合物固化为坚硬且脆性 的材料，而不是这里所述的所需凝胶化的物质的情形中，应当使用增韧添加 剂。例如，在所选择树脂固化剂不是酰胺或聚酰胺时，可以使用增韧添加剂。 适当增韧添加剂的实例包括，但不限于有机酯、氧化的有机溶剂、芳香族 溶剂、以及它们的组合。这些中，优选醚，例如邻苯二甲酸二丁酯。当使用 时，增韧添加剂可以以可固化树脂重量的约5%至约80%的量存在于可固化树 脂组合物中。在本发明的一些具体实施方案中，增韧添加剂可以以可固化树 脂重量的约20%至约45%的量存在于可固化树脂组合物中。
在其它具体实施方案中，可凝胶化的液体组合物可以包含可凝胶化的含 水硅酸盐组合物。通常，可用于本发明的可凝胶化的含水硅酸盐组合物通常 包含碱金属硅酸盐水溶液以及用于胶凝该碱金属硅酸盐水溶液的温度活化催 化剂。
可凝胶化的碱金属硅酸盐组合物的碱金属硅酸盐水溶液组分通常包含含 水液体和碱金属硅酸盐。碱金属硅酸盐水溶液的含水液体组分通常可以是淡 水、盐水(例如，含有一种或更多中溶解于其中的盐的水)、卤水(例如，饱和 的盐水)、海水、或者任何其它的含水液体，只要其不和根据本发明使用的其 它组分或者和地层发生不利的反应。适当碱金属硅酸盐的实例包括，但不限 于硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、硅酸铷、或者硅酸铯中的一种或更多种。这 些中，优选硅酸钠。虽然硅酸钠以许多形态存在，但是用于碱金属硅酸盐水 溶液中的硅酸钠优选具有约l:2至约1:4的Na20-Si02重量比。最优选的，所
使用的硅酸钠具有约l丄2的Na20-Si02重量比。通常，碱金属硅酸盐以碱金 属硅酸盐水溶液组分重量的约0.1%至约10%的量存在于碱金属硅酸盐水溶液 组分中。
使用可凝胶化的含水硅酸盐组合物的温度活化催化剂组分，尤其是，用 于将可凝胶化的含水硅酸盐组合物转变为如上所述的期望的半固体、不可移 动的、凝胶化的物质。温度活化催化剂的选择至少部分与可凝胶化的含水硅 酸盐组合物会被引入的地层温度有关。可用于本发明可凝胶化的含水硅酸盐 组合物的温度活化催化剂包括，但不限于:硫酸铵，其适合在约60°F至约240°F 的范围内；酸式焦磷酸钠，其最适合在约60。F至约240。F的范围内；柠檬酸， 其最适合在约60。F至约120。F的范围内；以及乙酸乙酯，其最适合在约60。F 至约120°F的范围内。通常，温度活化催化剂以可凝胶化的含水硅酸盐组合 物重量的约0.1%至约5%的范围存在。当使用时，温度活化的催化剂可以是 包含可凝胶化的含水硅酸盐组合物工作液的组分，或者可以通过任何适当方 法分别将其引入地层中。
在其它具体实施方案中，可凝胶化的液体组合物可以包含可交联的含水 聚合物组合物。通常，适当的可交联的含水聚合物组合物可以包含含水溶剂、 可交联聚合物以及交联剂。
含水溶剂可以是任何可交联组合物和交联剂可以溶解、混合、悬浮、或 分散于其中以促进凝胶形成的含水溶剂。例如，所使用的含水溶剂可以是淡 水、盐水、卣水、海水、或任何其它含水液体，只要其不与根据本发明使用 的其它组分或地层发生不利的反应。
可用于可交联的含水聚合物组合物中的可交联聚合物实例包括，但不限 于含羧酸酯聚合物以及含丙烯酰胺聚合物。优选的含丙烯酰胺聚合物包括 聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺、丙烯酰胺和丙烯酸酯共聚物、以及丙 烯酸酯的含羧酸酯三元共聚物和四元共聚物。适当的可交联聚合物的其它实 例包括其中含有多糖及其衍生物的水合性聚合物，所述多糖及其衍生物包含 一个或更多个的单糖单元的半乳糖、甘露糖、葡糖苷、葡萄糖、木糖、阿糖、 果糖、葡糖醛酸、或吡喃糖基硫酸酯(pyranosyl sulfate)。适当的天然水合性聚 合物包括，但不限于瓜耳豆胶、刺槐豆胶、塔拉胶、魔芋胶、罗望子、淀 粉、纤维素、卡拉雅胶、黄原胶、黄芪胶以及角叉菜胶，以及上述所有的衍
生物。可用于可交联的含水聚合物组合物的适当水合性合成聚合物和共聚物 包括，但不限于聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、马来酸酐、 甲乙烯醚聚合物、聚乙烯醇以及聚乙烯吡咯烷酮。所使用的可交联聚合物应 当以足以在地层中形成所需凝胶化的物质的量存在于可交联的含水聚合物组 合物中。在本发明的一些具体实施方案中，可交联聚合物以水性溶剂重量的 约1%至约30%的量存在于可交联的含水聚合物组合物中。在本发明的另一个
具体实施方案中，可交联聚合物以水性溶剂重量的约1%至约20%的量存在于
可交联的含水聚合物组合物中。
本发明的可交联的含水聚合物组合物可以进一步包含用于交联可交联聚 合物以形成所需凝胶化的物质的交联剂。在一些具体实施方案中，交联剂可 以是一种含有活性过渡金属阳离子的分子或络合物。最优选的交联剂含有与 阴离子、原子氧或水络合或结合的三价铬阳离子。适当交联剂的实例包括，
但不限于含有醋酸铬和/或氯化铬的化合物或络合物。其它适当的过渡金属
阳离子包括氧化还原体系内的铬vi、铝m、铁n、铁m以及锆iv。
交联剂尤其应当以足以提供所需交联度的量存在于本发明的可交联的含 水聚合物组合物中。在本发明的一些具体实施方案中，交联剂以可交联的含
水聚合物组合物重量的0.01%至约5%的量存在于本发明的可交联的含水聚合
物组合物中。所使用交联剂(一种或多种)的精确类型和数量取决于待交联的具 体可交联聚合物、地层温度条件、以及其它为本领域技术人员所知的因素。
任选地，可交联的含水聚合物组合物可以进一步包含交联延迟剂，例如 来源于瓜尔胶、瓜尔衍生物、或纤维素衍生物的多糖交联延迟剂。可交联的 含水聚合物组合物中尤其可以含有交联延迟剂，从而延迟可交联的含水聚合 物组合物的交联直到符合要求。凭借本文的帮助，本领域普通技术人员将会 知晓用于所需用途的可交联的含水聚合物组合物中所含有交联延迟剂的合适
在其它具体实施方案中，凝胶化的液体组合物可以包含可聚合的有机单 体组合物。通常，适当的可聚合的有机单体组合物可以包含水基流体、水溶 性可聚合的有机单体、去氧剂以及初级引发剂。
可聚合的有机单体组合物的水基流体组分通常可以是淡水、盐水、卤水、 海水或其它任何含水液体，只要其不和根据本发明使用的其它组分或地层起
不利的反应。
多种单体适合用作本发明中的水溶性可聚合的有机单体。适当单体的实 例包括，但不限于丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、2-甲基
丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-二甲基丙烯酰胺、乙烯磺酸、甲基丙烯酸N,N-二甲胺基乙酯、甲基丙烯酸-2-三乙基氯化铵甲酯 (2-triethylammoniumethylmethacrylate chloride)、 N，N-二甲基-氨基丙基甲基丙 烯酰基-酰胺、甲基丙烯酰胺丙基三乙基氯化铵、N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基 膦酸以及甲基丙烯酰氧基乙基三甲基硫酸铵，以及它们的混合物。优选地， 水溶性可聚合的有机单体应当是自交联的。自交联的适当单体实例包括，但 不限于丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯 酰胺、N-羟甲基-甲基丙烯酰胺、聚丙烯酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸乙二醇酯、 聚丙烯酸丙二醇酯、聚甲基丙烯酸丙二醇酯、以及它们的混合物。这些物质 中，优选丙烯酸羟乙酯。特别优选单体的一个实例是羟乙基纤维素-乙烯基膦 酸。
水溶性可聚合的有机单体(或者使用其混合物的多种单体)应当以在将可 聚合的有机单体组合物置入地层之后，足以形成所需凝胶化的物质的量包含 于可聚合的有机单体组合物中。在本发明的一些具体实施方案中，水溶性可 聚合的有机单体(一种或多种)以水基流体重量的约1%至约30%的量包含于可 聚合的有机单体组合物中。在本发明的另一个具体实施方案中，水溶性可聚 合的有机单体(一种或多种)以水基流体重量的约1%至约20%的量包含于可聚 合的有机单体组合物中。
可聚合的有机单体组合物中存在的氧可能抑制水溶性可聚合的有机单体 (一种或多种)的聚合过程。因此，可聚合单体组合物中可以含有去氧剂，例如 氯化亚锡。为了改善氯化亚锡的可溶性以使其能与可聚合的有机单体组合物 容易地即时结合，可以将氯化亚锡预溶于盐酸溶液中。例如，可以将氯化亚 锡以所得溶液重量约10%的量溶于0.1重量％盐酸水溶液中。所得氯化亚锡盐 酸溶液可以以可聚合的有机单体组合物重量的约0.1%至约10%的量包含于可 聚合的有机单体组合物中。通常，氯化亚锡可以以可聚合的有机单体组合物 重量的约0.005%至约0.1%的量包含于本发明可聚合的有机单体组合物中。
使用初级引发剂，尤其是，用于引发用于本发明中的水溶性可聚合的有
机单体(一种或多种)的聚合。任何在水溶液中形成自由基的化合物(一种或多 种)都可以用作初级引发剂。尤其是，自由基起到了引发可聚合的有机单体组 合物中存在的水溶性可聚合的有机单体(一种或多种)聚合的作用。适合用作初 级引发剂的化合物包括，但不限于碱金属过硫酸盐；过氧化物；使用还原 剂的氧化还原系统(例如结合氧化剂的亚硫酸盐)；以及偶氮聚合引发剂。优选 的偶氮聚合引发剂包括2，2'-偶氮双(2-咪唑-2-羟乙基)丙垸、2，2'-偶氮双(2-氨基 丙垸)、4，4'-偶氮双(4-氰戊酸)、以及2,2'-偶氮双(2-甲基-N-(2-羟乙基)丙酰胺。 通常，初级引发剂应当以足以引发水溶性可聚合的有机单体(一种或多种)聚合 的量存在于可聚合的有机单体组合物中。在本发明的某些具体实施方案中， 初级引发剂以水溶性可聚合的有机单体(一种或多种)重量的约0.1%至约5%的 量存在于可聚合的有机单体组合物中。
任选地，可聚合的有机单体组合物进一步可以包含次级引发剂。例如， 在将未成熟的水基凝胶置于与地表混合物相比相对冷却的地层的情形中，例 如在近海作业中将其放置在低于泥浆管线时，可以使用次级引发剂。次级引 发剂可以是任何一种或多种能与初级引发剂反应以在较低温度下提供自由基 的适当水溶性化合物。适当次级引发剂的实例是三乙醇胺。在本发明的一些 具体实施方案中，次级引发剂以水溶性可聚合的有机单体(一种或多种)重量的 约0.1%至约5%的量存在于可聚合的有机单体组合物中。
任选地，本发明的可聚合的有机单体组合物进一步可以包含用于在所需 凝胶化的物质中使可聚合的有机单体组合物交联的交联剂。在一些具体实施 方案中，交联剂可以是一种含有活性过渡金属阳离子的分子或络合物。最优 选的交联剂含有与阴离子、原子氧或水络合或结合的三价铬阳离子。适当交 联剂的实例包括，但不限于含有醋酸铬和/或氯化铬的化合物或络合物。其 它适当的过渡金属阳离子包括氧化还原体系内的铬VI、铝III、铁II、铁III 以及锆IV。通常，交联剂可以以可聚合的有机单体组合物重量的0.01%至约 5%的量存在于可聚合的有机单体组合物中。
因此，本发明非常适合于实现所提到的目标和优点及其所固有的特点。 尽管可以由本领域技术人员作出许多变化，但是这种变化都在如所附权利要 求所定义的本发明精神范围之内。由于可以用不同但却等同的方式修改和实 践本发明，而这些方式对于具有本文教导帮助的本领域技术人员来说是显而
易见的，因此以上公开的特定具体实施方案仅仅是说明性的。进一步地，除 以下权利要求中所描述的以外，本文所示构造或设计的细节都没有限制。因 此显然，可以改变或修改以上公开的特定说明性具体实施方案，并且所有这 种变化都认为属于本发明的精神和范围。尤其是，本文所公开的每一数值范
围(例如，"约a至约b，"或者，相等的，"约a至b,"或者，相等的，"约a-b") 应被理解为是指各个数值范围的幂集(全部子集的集合)。除非另由专利权人明 确并且清楚地定义，否则所附权利要求中的术语具有它们简单、普通的含义。
权利要求
1.一种方法，其包括沿井筒在地层的未胶结部分中产生或者加深至少两条槽，其中这些槽沿所述井筒的内表面彼此以约180度设置；将胶结剂引入所述地层的所述未胶结部分的这些槽中；和在一部分所述地层中产生或加深至少一条裂缝。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述胶结剂选自树脂、增粘剂、含水的可交联凝胶组合物、可凝胶化的含水硅酸盐组合物、可聚合的有机单体组合 物、以及它们的混合物。
3. 如权利要求1所述的方法，其中所述胶结剂包括选自如下的可聚合的有机单体丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟甲基-甲基丙烯酰胺、聚丙烯酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸乙二醇酯、聚丙烯酸丙二醇酯、聚甲基丙烯酸丙二醇酯、以及它们的混合物。
4. 如权利要求1所述的方法，其中沿井筒在地层的未胶结部分中产生或加深至少一条槽，包括沿井筒在地层的未胶结部分中水力喷射至少一条槽。
5. 如权利要求1所述的方法，其中所述槽包含至少约1英寸的长度。
6. 如权利要求1所述的方法，其中所述槽包含约0.25英寸至约1英寸范 围的宽度。
7. 如权利要求1所述的方法，其进一步包括将与所述地层的所述未胶结部 分邻近的所述井筒区域隔离。
8. 如权利要求1所述的方法，其进一步包括将预冲洗液引入所述地层中。
9. 如权利要求1所述的方法，其中在所述胶结剂将所述地层的所述未胶结 部分至少部分地胶结之前，进行在一部分的所述地层中产生或加深至少一条 裂缝的步骤。
10. 如权利要求1所述的方法，其中在所述地层部分中产生或加深至少一 条裂缝，包括使用水力喷射技术或精密增产技术在所述地层部分中产生或加 深至少一条裂缝。
11. 如权利要求1所述的方法，其中所述井筒是无套管井筒。
12. —种方法，其包括沿井筒将胶结剂引入地层的未胶结部分中的至少两条预形成槽中，其中所述槽沿所述井筒的内表面彼此以约180度设置；和 在一部分所述地层中产生或加深至少一条裂缝。
13. 如权利要求13所述的方法，其中所述井筒是无套管井筒。
14. 如权利要求13所述的方法，其进一步包括将与所述地层的所述未胶结 部分邻近的井筒区域隔离。
15. 如权利要求13所述的方法，其中所述胶结剂包括选自如下的可聚合的 有机单体丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙 烯酰胺、N-羟甲基-甲基丙烯酰胺、聚丙烯酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸乙二醇 酯、聚丙烯酸丙二醇酯、聚甲基丙烯酸丙二醇酯、以及它们的混合物。
16. —种方法，其包括沿井筒确定地层的未胶结部分的最大水平应力方向； 沿所述井筒在所述地层的所述未胶结部分中产生或加深至少两条槽，其 中所述槽以大致平行于所述地层的未胶结部分的最大水平应力方向的方向贯穿所述地层，并且其中所述槽沿所述井筒的内表面彼此以约180度设置；将胶结剂引入所述地层的所述未胶结部分的至少一条槽中；和 在一部分所述地层中产生或者加深至少一条裂缝。
17. 如权利要求15所述的方法，其中所述槽以离所述地层的所述未胶结部 分的最大水平应力方向约15度之内的方向贯穿所述地层。
18. 如权利要求15所述的方法，其中所述井筒是无套管井筒。
19. 如权利要求15所述的方法，其进一步包括将与所述地层的所述未胶结 部分邻近的井筒区域隔离。
20. 如权利要求15所述的方法，其中所述胶结剂包括选自如下的可聚合的 有机单体丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、N-羟甲基丙 烯酰胺、N-羟甲基-甲基丙烯酰胺、聚丙烯酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸乙二醇 酯、聚丙烯酸丙二醇酯、聚甲基丙烯酸丙二醇酯、以及它们的混合物。
全文摘要
本发明提供了稳定地层的未胶结部分的方法。在一个具体实施方案中，该方法包括沿井筒在地层的未胶结部分产生或加深至少两条槽，其中所述槽沿所述井筒的内表面彼此以约180度设置；将胶结剂引入所述地层的所述未胶结部分的所述槽中；并且在一部分所述地层中产生或加深至少一条裂缝。
文档编号E21B43/26GK101360884SQ200680051544
公开日2009年2月4日 申请日期2006年11月21日 优先权日2005年11月22日
发明者P·D·阮 申请人:哈利伯顿能源服务公司