[发明专利]完善固结差的地层的方法

说明书

本发明申请是基于申请日为2004年11月09日，申请号为200480033270.7(国际申请号为PCT/IB2004/052360)，发明名称为“完善固结差的地层的方法”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及地下井的完善方法，具体地涉及完善固结差的地层(porly consolidated formation)，由此消除或减少出砂(sand production)的方法和装置。

背景技术

如石油和天然气等油气流体(hydrocarbon fluid)是通过钻井穿透含油气层段，从地下地质层，即油藏(reservoir)获得的。一旦井筒已经被钻探，就必须完井；完井包括设计、选择和安装井筒内或周围的设备和材料，以于输送、泵送或控制流体的生产或注入。在完井后，就可以开始石油和天然气的开采。

水力压裂法是通过从井筒到油藏设置或延伸通道来提高井产量的主要方法。该作业主要如下进行：用将压裂液水力注入到穿透地下地层的井筒中，通过压力迫使压裂液紧压地层。地层或岩石被压裂并破碎。将支撑剂填充到裂缝中，以防止裂缝闭合，并因此增加可采流体(即石油，天然气或水)的流量。

在地层是“松软”或固结差的情形下，地层中存在的微粒，通常是砂的细小颗粒，会随油气移动。这种出砂是非常不受欢迎的，因为它侵蚀表面和地下设备，因此在可以对油气进行加工之前需要除沙步骤，最终这将抵消增产技术(例如酸增产)的所需效果。

将细小颗粒的流动减到最小的最常用手段，是使采出液过滤通过保留在筛板(screen)上的砾石充填物。在进入井筒之前，采出液经过砾石充填物和筛板，而没有显著减少产量，同时更小的颗粒被阻止。然而，该方法相当复杂并费时，沙砾和筛板也会被积垢堵塞或被砂子侵蚀。

这解释了所谓的无筛完井工艺(screenless completion techniques)的发展。典型地，这些技术包括固结液(consolidating fluid)的注入，所述固结液包括树脂，硬化剂，催化剂和油湿润剂。树脂在地层中凝固，从而使地层固结，并减少了游离的细小颗粒的浓度。固结液和其使用方法的实例，例如报道于美国专利US5806593、US5199492、US4669543、US4427069和US4291766中。

传统固结液的凝固时间往往相对长。因此，流体往往会持续流进阻力最小的区域，而导致其它区域未被处理。这严格限制了井筒的长度，单次操作中能够处理的长度不超过大约6米(20英尺)。此外，由于由例如具有不同渗透性的层构成的不均匀地层的原因，获得了较差的结果。已经知道基于树脂的固结系统使用时十分复杂，例如要求高达五个处理步骤，而且还经常产生环境问题。

为了避免常规流体的这种缺陷，已经提出了多步井处理法。它们中的大多数要么包括乳液，要么包括泡沫。美国专利US5363917教导了一种发泡的固结液，其能够支持油气在地层中的燃烧。油气燃烧的产物使地层固结。美国专利US5010953和US5567088公开了一种固结液，其为蒸汽中的气溶胶。前一专利的教导是：在可聚合化合物(例如糠醇)的凝固期间，蒸汽维持地层中的空隙空间。美国专利6364020教导了包含至少两个非连续相的乳液，其中一相包括胶凝聚合物，例如多糖，其它相包括无机或有机交联剂。

其它采用或不采用固结处理来完善未固结地层的方法是已知的。美国专利US5551514提出了多步固结处理，然后进行水力压裂处理，其中采用了支撑剂回流控制技术。美国专利US6450260描述了采用挠性凝胶系统而完成美国专利US5551514中的专利技术的技术的方法。

其它使出砂最少化的方法包括确定裂缝延伸的方向，以及取向或定型穿孔(orienting or shaping perforations)(见美国专利US5386875和US6283214)。美国专利US6431278限定了使流经不同相位穿孔(out-of-phase perforations)的流量百分比和裂缝导流能力(fracture conductivity)对地层渗透率的比率相关的曲线。给定所需的产品流量，便可以限定地层传导率(formation conductivity)。这就允许井操作人员去设计并执行压裂操作，以获得在低于出砂的临界生产压降(critical drawdown pressure)的条件下开采油井所必须的传导率。

尽管前面提及工艺的多数已经获得一定成功，但是没有一个已经获得了大规模商业认可，特别是从技术和成本限制上看。