[发明专利]使地下地层表面减感的多段式方法及组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请是2011年5月12日提交的美国专利申请第13/106,382号的部分继续申请，通过引用将后者全部内容纳入本文。

技术背景

本发明涉及对地下地层进行处理从而使地层表面对有害的化学或物理变化减感(desensitize)的多段式方法。

从地下地层中回收诸如油和气之类的流体的操作在包含敏感性矿物质的地层中存在困难，所述矿物质沿着地层表面会发生化学和物理变化，例如矿物质会溶胀、脱落、降解、释放细粒或变得具有延展性。如本文所用，术语“地层表面”指的是地层暴露于（例如）处理液的任意部分，包括裂缝表面和小片表面(platelet face)。如本文所用，术语“延展性”指的是在压力下能够变形。

当这些棘手的地层暴露于水性流体（用于地下处理液的常用碱）时，它们通常会发生化学和物理变化。棘手的地层可包括但不限于水敏性粘土、致密气地层、页岩和煤层。本文所用的术语“粘土”和“水敏性粘土”可互换使用，其通常表示具有以下特征的水敏性粘土：当在地层中的矿物质间不平衡的水性流体接触该水敏性流体时，该水敏性流体往往会溶胀和/或迁移。地层的粘土成分可以是单一种类的粘土矿物质或者几个种类的矿物质（包括但不限于混合层类型的粘土）。如本文所用的术语“致密气”表示沉积岩中发现的气体，该沉积岩胶结在一起使得渗透性较低。如本文所用，术语“页岩”表示由细粘土和淤泥材料固结成层压的薄层面所形成的沉积岩。如本文所用，术语“煤层”表示可由一类或多类煤矿等构成的岩层，所述煤矿包括但不限于泥炭、褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤和石墨。

地层表面中的化学和物理变化通常会使穿透地下地层的通道（例如裂缝网、孔喉等）阻塞和/或关闭，从而对地层渗透性造成损失。这种渗透性的损失会影响流体通过井眼的流动，并且在某些情况下甚至可能完全阻挡流体通过地层部分的流动。渗透性的损失通常会导致井产量下降。此外，地层表面的一些变化（例如细粒迁移）会与地层流体一起产生，从而表现出可能的磨损以及与生产设备和潜在的裂缝导流能力下降相关的其他问题。

为了努力克服这些问题，人们已开发了各种用于处理有问题的地层的方法，以使地层表面对化学和物理变化减感。例如，向水性钻井液中加入盐是常用的做法。在离子交换法中盐会吸附到粘土表面，从而会使粘土的溶胀和/或迁移减少。另一种用来阻止迁移的方法是用聚合物和/或固结树脂来涂覆该区域，从而以物理方式阻挡粘土的迁移。本文所用的术语“减感溶液(desensitizingsolution)”指的是用来降低地下地层内矿物质对化学和物理变化的敏感性的溶液或悬浮液。本文所用术语“减感组分”和“减感剂”指的是与地层表面相互作用以降低矿物质对化学和物理变化的敏感性的减感溶液的组分。

当减感溶液接触有问题的地层的地层表面时，减感剂会通过已知的机理（包括但不限于吸附、离子交换和化学反应）被地层表面从减感溶液中除去。随着剩余溶液中减感剂浓度下降，未经处理的地层表面接触会促进有害的化学和物理变化的水性流体。现有技术中施用减感溶液需要向地下地层中注入一剂较高浓度的减感溶液。使用这种方法会导致减感剂非常显著地在减感溶液的前缘随着该溶液通过地下地层迁移而消耗。

发明内容

本发明涉及对地下地层进行处理从而使地层表面对有害的化学或物理变化减感的多段式方法。

在本发明的一些实施方式中，使地下地层减感的方法可包括：引入前缘流体，所述前缘流体包含第一基液和第一减感剂，其中所述第一减感剂以第一浓度存在于第一基液中；然后引入处理液，所述处理液包含第二基液和第二减感剂，其中所述第二减感剂以第二浓度存在于第二基液中；以及其中所述第一浓度高于第二浓度。

在本发明的一些实施方式中，使地下地层减感的方法可包括：在等于或高于基质压力(matrix pressure)的条件下将前缘流体引入地下地层中，其中所述前缘流体包含第一基液和第一减感剂，其中所述第一减感剂以第一浓度存在于第一基液中；然后在等于或高于基质压力的条件下将处理液引入地下地层中，其中所述处理液包含第二基液和第二减感剂，其中所述第二减感剂以第二浓度存在于第二基液中；以及其中所述第一浓度高于第二浓度。