专利名称：使沙子固结的方法
技术领域：
本发明涉及一种地层的固结方法，尤其是沙子的固结方法。更具体地，本发明涉及一种使油井钻探过程中遇到的地层固结、同时保持固结区域的渗透性的方法。
已知油井中沙子的存在会引起许多问题，例如堵塞油流(或气流)和损坏钻井设备等。
专利文献描述了各种使钻井过程中遇到的沙子固结的方法。
例如，US-A-3,481,403描述了一种使沙子固结的方法，包括注入一种烷基醚，然后注入一种树脂。在文献中还有其它以使用各种树脂为基础的变化。使用树脂的所有方法都是特别复杂并且难以处理的，因为上述组合物必须用非常严格的过程制备，所以如果有想不到的杂质存在，上述组合物可能是无效的。
使用树脂的另一个缺点在于注入到地层中的溶液的粘度高(＞20cP)，该粘度阻碍了渗透率小于50mD的地层的处理。
用于使沙子固结的另一种方法在于与各种“固化剂”一起使用硅酸钠，如US-A-1,421,706和US-A-3,175,611所述。
但是使用硅酸钠也有缺点，特别是在降低固结的地层的渗透性方面是有缺点的。
现在已经发现一种用于使油井或气井中的沙子固结的方法，可以克服上述缺点。
根据这种方法，本发明涉及一种使产生流体的井中的沙子固结的方法，尤其是用于油井和/或气井中，包括下列步骤1)任选地用无机盐水溶液，优选的是KCl预先冲洗；2)向地层注入基本由硅酸钠水溶液组成的固结剂；3)向步骤(2)中处理的地层中注入惰性气体，优选的是氮气，直至除去在步骤(2)中注入的多余的固结剂和水；
4)随后向这样处理的地层中引入25℃下pKa值为3～10之间的酸性水溶液，优选的是选自氯化铵和醋酸。
本发明的方法在于必须顺序进行这一系列步骤。
步骤(1)，或预先冲洗在本发明的方法中不是必须的，但是是希望的，因为它可以除去可能干扰后续阶段的物质，首先是地层水。
可以使用的预先冲洗的试剂是盐水溶液，尤其是氯化钾和氯化钠的水溶液。
从润湿性方面来讲，任选的步骤(1)也使得制备的表面适用于随后的步骤(2)。
步骤(2)的要点是向地层中引入硅酸钠水溶液。
术语硅酸钠应用于变化比例的Na2O/SiO2的物质，通常在1/2.40和1/3.85之间。
硅酸钠溶液的含水量优选的是在20～90％之间。
如对于本领域的专家已知的那样，硅酸钠是典型的固结剂或粘结剂。
步骤(3)的要点基本是向用硅酸钠处理过的地层注入惰性气体，优选的是氮气。这个操作能使多余的硅酸钠从地层的间隙中除去，目的是在每个沙粒周围留下硅酸钠薄膜。步骤(3)还有除去多余水分并有助于沙粒与步骤(2)送入的硅酸盐结合的目的。
所以，用无水的惰性气体以足够的时间进行步骤(3)以便除去水分并使得所说的硅酸盐与沙子稳定地结合是重要的。
步骤(3)涉及用惰性气体处理2～10个小时，优选的是4～6个小时，流量在500～400scf/h之间，优选的是在1000～1500之间。
最后，步骤(4)的要点是向在步骤(3)结束时得到的这样处理的地层中引入一种水溶液，所说的水溶液基本由pKa在3～10之间的酸性水溶液组成，优选的是醋酸和/或氯化铵。优选的是所说的酸溶液的含水量在10～90％之间。
使所说的酸具有上述范围内的kPa值是重要的。事实上，更强的酸的缺点是可能会与地层中可能存在的化合物反应，因此阻塞了地层本身。另一方面，更弱的酸不会有必要的强度使得从所说的硅酸盐中形成氧化硅。
下列实施例为本发明提供了更好的理解。
实施例1直径为2.54cm、长10cm的合成橡胶管充满颗粒尺寸为53～75μm的沙子。然后把所说的管子插入Hassler槽中；然后用压缩空气系统对所说的充满沙子的管子施加约20kg/cm2的压力。然后使3wt％的KCl水溶液通过所说的沙子。通过测量不同流量下流速的减小用Darcy方程测定所说的沙子的初始渗透率。
然后向所说的沙子中注入硅酸钠水溶液(为了制备所说的溶液，使用70％的硅酸钠母液稀释到40°Be的溶液)。25℃时硅酸钠溶液的粘度为10cP。在60℃下，以60ml/h的流量，连续注入所说的硅酸盐溶液约2小时。在两小时结束后，停止注入硅酸盐，开始注入氮气。在注入氮气的前几分钟，收集由氮气本身洗去的硅酸盐溶液(约20ml)。在60℃以约20dm3/h的流量保持注入氮气12小时。然后停止氮气流，向所说的沙子中注入15wt％的氯化铵水溶液。以60ml/h的流量保持注入氯化铵溶液约3小时，然后通过测定在不同的流量下由于室温下的KCl水溶液(3wt％)的通过产生的流速减小测定所说的固结的沙子的最终渗透性。
最后拆开所说的Hassler槽，从所说的合成橡胶管中取出固结的沙子。通过用Instron压机测量耐压强度的方法测定固结程度。
结果列于表1。
实施例2用实施例1所述的同样的操作过程。所用的沙子的颗粒尺寸＜53μm。和实施例1中一样测定初始的和最终的渗透率。用Instron压机通过测量力学抵抗力测定固结程度。
结果列于表1。
实施例3所用的设备是实施例1中所述的设备。使用与实施例1中同样的沙子和硅酸钠溶液，以及相同的注入过程。以与实施例1相同的流量和时间注入氮气。在氮气注入结束时，注入20wt％的醋酸水溶液。以60ml/h的流量保持醋酸水溶液的注入3个小时。通过测定在不同流量下由于KCl水溶液(3wt％)的通过产生的流速减小来测定最终的渗透性。用Instron压机通过测定耐压强度来测定固结程度。
结果列于表1。
对比实施例4使用与实施例1相同的操作过程。保持氮气的注入为1个小时，而不是12个小时。最后向所说的沙子中注入氯化铵水溶液(15wt％)。与实施例1中一样测定初始的和最终的渗透率。用Instron压机通过测定力学抵抗力测定固结程度。
结果列于表1。
实施例5用与实施例2相同的操作过程。所用的沙子来自位于意大利南部的产气井，平均颗粒尺寸为84μm。与实施例1一样测定初始的和最终的渗透率。用Instron压机通过测量力学抵抗力来测定固结程度。
结果列于表1。
实施例6用与实施例2相同的操作过程。所用的沙子来自位于亚得里亚海的产气井，平均颗粒尺寸为40μm。用Instron压机通过测定力学抵抗力来测定固结程度。
结果列于表1。
表1
表1注符号*表示平均颗粒尺寸；amm-chl是氯化铵；ace-ac是醋酸；n.c.表示未固结的沙子。
从实施例1、2和3可以注意到，在延长氮气的作用并使用两种弱酸作为固化剂(氯化铵或醋酸)后，用硅酸盐固结了所说的沙子。在这些试验中，以15-20％的比例恢复了渗透率。
从对比实施例4可以注意到，延长氮气的脱水作用对于进行固结和恢复渗透率是必要的。
从实施例5和6可以注意到，有效地固结了来自生产性地层中具有低渗透率的沙子；由于酸对沙子的促进作用，固结后的最终渗透率大于初始渗透率。这种现象是由于在地层沙子中碳酸盐的存在，这些碳酸盐在酸的作用下部分溶解，使得固结的沙子比初始的沙子具有更大的渗透率。
权利要求
1.一种使可以产生流体的井中的沙子，尤其是油井和/或气井中的沙子固结的方法，包括下列步骤1)任选地用无机盐水溶液预先冲洗，优选的是氯化钾溶液；2)向地层注入基本由硅酸钠水溶液组成的固结剂；3)向步骤(2)中处理的地层中注入惰性气体，直至除去步骤(2)中注入的多余的固结剂和水；4)随后向这样处理的地层中引入25℃时pKa在3～10之间的酸性水溶液。
2.根据权利要求1的方法，其中，通过注入氮气进行步骤(3)。
3.根据权利要求1的方法，其中，向所说的地层中注入所说的惰性气体的时间在2～10小时之间，流量为1000～1500scf./h。
4.根据权利要求3的方法，其中，向所说的地层中注入所说的惰性气体的时间在4～6小时之间，流量为1000～1500scf/h。
5.根据权利要求1的方法，特点在于步骤(4)的要点是向所说的地层引入一种选自氯化铵和醋酸的酸性水溶液。
全文摘要
使可以产生流体的井中,尤其是油井和/或气井中的沙子固结的方法,包括下列步骤:1)任选地用一种无机盐的水溶液,优选的是KCl,预先冲洗;2)向地层注入基本由硅酸钠水溶液组成的固化剂;3)用惰性气态冲洗,优选的是用氮气,在步骤(2)中处理的组合物直至除去步骤(2)中注入的多余的固化剂和水;4)随后向这样处理的组合物中引入25℃时的pKa在3～10之间的一种酸溶液,优选的是选自氯化铵和醋酸。
文档编号E21B43/22GK1182824SQ9711852
公开日1998年5月27日 申请日期1997年9月12日 优先权日1996年9月13日
发明者A·里茨, G·加巴里基, E·皮托尼 申请人:阿吉普公司, 埃尼里塞奇公司