[发明专利]涉及将长层段上的微粒迁移最小化的方法和组合物

说明书

背景

本发明涉及可用于处理地下地层的方法、组合物、系统和装置，更具体地，涉及固结地下地层的可能相对未固结的部分，并且最小化未固结的微粒材料如地层细粒和砂在长层段(interval)上的回流(在本文中统称为“微粒迁移”)。更具体地，本发明涉及用于将固结剂体系施用到地下井眼(wellbore)中的长层段的至少一部分上的方法，所述地下井眼可以是水平的、垂直的、偏斜的或者另外非线性的。

可能影响地下地层中的流体导流能力(conductivity)的一种微粒迁移是未固结的微粒材料(例如，地层细粒、支撑剂微粒等)穿过地下地层中的导流通道的回流，这可能例如堵塞或者损害导流通道和/或损害地层的内部或者设备。可能负面影响导流能力并且进一步复杂化微粒迁移的影响的另一个问题在于，在地下地层中的矿物表面趋向于经历至少部分地由机械应力对这些矿物造成的状态(例如，矿物表面的压裂、矿物微粒的压实等)引起的化学反应。这些反应在本文中被称为“应力激活的反应”或“应力激活的反应性”。如本文中使用的术语“改变矿物表面的应力激活的反应性”及其派生词是指增加或者降低在地下地层中的矿物表面经历一种或多种应力激活的反应的趋向，或者将能够参与同第二化合物的一种或多种后续反应的化合物附着到矿物表面上。

存在几种控制微粒迁移并且改变地层中的矿物表面的应力激活的反应性的技术，这些技术中的一些可能涉及固结剂体系的使用。如本文中使用的术语“固结剂”或“固结剂体系”(这些术语可以互换使用)包括能够减少地下地层中的微粒迁移和/或改变地下地层中的地下表面的应力激活的反应性的任何化合物或化合物的组合。固结剂体系被认为增强或者在某些情况下改变地下地层的机械性质以防止或者降低微粒迁移的可能性和应力激活的反应性，并且也许提供机械强度的较小增加。

一种用于改变某些地下地层中的微粒迁移参数的方法涉及通过将固结剂体系施用到地层的未固结部分上，将地下地层的未固结部分固结成较稳定的可渗透团块(mass)。这样的方法的一个实例是将固化性树脂施用到地下区的一部分上，随后施用隔离液，然后施用可以活化树脂的催化剂。这样的方法的另一个实例涉及将增粘组合物(水溶液基或非水溶液基)施用到地层的一部分，以尽力减少其中的微粒的迁移。尽管固化性树脂组合物可以产生较硬的团块，但是增粘组合物的使用产生了更有延展性的固结的团块。

尽管先前已知的固结剂体系被认为在短的开采层段(例如，小于30英尺)上是总体上有效的，但是固结化学品在不均匀长层段上的有效放置通常被证明是耗时并且困难的。如本文中使用的术语“长层段”是指穿透地下地层的地下井眼中约30英尺以上的裸眼段。例如，一些长的垂直或偏斜的井层段可以为约30英尺至约100、250或500英尺，并且一些长的水平层段可以为约500英尺至约10,000英尺。一些层段可以更长。

典型地使用带套管的眼或裸眼砾石充填技术对具有更长的开采层段的井进行完井。这些砾石充填技术可以包括放置防砂筛管以提供二次过滤和机械支撑，以及在地层和起着初次过滤层作用的筛管之间的均匀分级砾石或砂的层，从而防止微粒迁移。这些常规的砾石充填完井需要大的钻孔完井，因为需要同时安装筛管和砾石，从而需要长的和复杂的泵送作业，这花费另外的钻探时间。砾石在长的水平层段中的放置还可能是复杂的，如果存在钻井(borehole)质量或滤失问题。在许多情况下，使用替代通路技术，其中需要另外的空间以连接筛管外部的分流管(shunt tube)，从而起着确保完全的砾石放置的输送管的作用。

如果选择固结剂型体系，则用于将化学品放置在长的开采层段的典型系统可以包括选择性的注入型工具，在此短的钻井段被隔离，然后用固结剂处理。工具然后移动至下一个层段，并且重复该过程直至整个储层段已经被处理。这些处理可以被称为多阶段处理。对于长层段，该过程可能是非常耗时的和复杂的，因为每一个注入步骤需要多个流体阶段。另外，在整个处理过程中必需保持在管内的流体的非常精准的跟踪，这可能是耗时并且困难的。这些分阶段处理可能需要数天的完井钻探时间。单阶段作业(即，对于将固结剂体系放置在长层段上，不需要这些多流体阶段的作业)可以具有更低的复杂性并且需要更少的钻探时间。

滤饼(例如，由流体，通常为浆液，如钻井液在井眼的壁上沉积的残留物)可以控制滤失并且最小化在钻井和完井过程中的地层损害。典型的滤饼可以包含桥接剂(bridging agents)，并且在某些情况下，包含聚合物组分，这取决于用于形成滤饼的流体的组成。在典型的防砂完井中，滤饼可以保持完整无缺直至防砂完井的安装。