[发明专利]利用砂浆浆料处理地下地层的方法

说明书

本专利申请要求2012年6月21日提交的美国临时申请61/662705的权益，该申请在此通过参考引入。

技术领域

本发明涉及使用包含水泥材料、水和骨料以及任选的附加剂和/或添加剂的砂浆浆料处理地下地层的方法。

背景技术

一种处理地下地层的方法是压裂。压裂是在岩层中起裂和随后延伸碎裂或裂缝的过程。压裂能够从地表深处(例如2,000-20,000英尺)的岩层中产生烃。在这种深度下，地层可能缺少足够的孔隙率和渗透性(导流性)以使烃以经济速率从岩石流入井孔。在钻入贮层岩层的井孔中预定的深度下人造裂缝起裂和向外延伸至地层的目标区域中。压裂通过提供连接贮层较大区域到井孔的导流通路进行作业，由此增加了可以从中由目标地层采收烃的区域。通过水力压裂或在压力下将流体注入井孔产生许多裂缝。引入注入流体的支撑剂可以维持裂缝宽度。常见的支撑剂包括沙子、陶瓷或其它微粒以防止当注射停止时裂缝闭合。一些支撑剂材料很贵和可能不适合于维持初始导流性。运输支撑剂材料可能很昂贵和低效率。例如，支撑剂可能在具有短裂缝长度的带水作业中趋于下沉。此外，带水压裂作业要求使用大量的水和液压功率。在紧的和具有长裂缝闭合时间的地层中凝胶作业也存在与由于污染贮层的残余物要进行合适清理、削弱产量和不能长期(5-24小时)保持功能(高粘度)相关的困难。

U.S.7,044,224描述了在裂缝中提供渗透性的方法。该方法涉及向地下地层中注入包含可降解材料的可渗透水泥组合物。降解可降解材料在所得的支撑剂基质中形成孔隙。该方法的问题是很难控制可降解材料的降解。如果可降解材料未均匀地混入水泥组合物中，可能限制渗透性。此外，当降解发生得太快时，在形成基质前水泥组合物填充了孔隙，导致渗透性降低。当降解发生得太慢时，孔隙缺少彼此的连通性，也导致渗透性降低。为了使降解发生在恰当的时间，必须小心控制各种条件(例如pH、温度、压力等)，这使过程复杂性增加和由此增加了时间和成本。该方法的另一问题是可降解材料可能很昂贵和运输困难。该方法的又一问题是即使使用大量可降解材料，也只能在边缘加强渗透性。此外，添加可降解材料可能对流动性产生负面影响。

发明内容

处理地下地层的方法可以包括：制备砂浆浆料；将所述砂浆浆料注入地下地层中；在保持砂浆浆料压力高于地层裂缝闭合压力的同时，使所述砂浆浆料凝固以形成砂浆结构；使压力降低到所述裂缝闭合压力以下；和使所述砂浆结构碎裂。可以设计使所述砂浆浆料凝固以形成具有低于地下地层裂缝闭合压力的压缩强度的砂浆结构。所述砂浆浆料可以包含水泥材料和水。在压力下将所述砂浆浆料注入所述地下地层，所述压力足以在所述地下地层中产生裂缝。可以在保持压力的同时使所述砂浆浆料凝固和在所述裂缝中形成所述砂浆结构。然后可以使压力降低到所述裂缝闭合压力以下和使所述砂浆结构碎裂，形成碎裂的砂浆结构。

处理地下地层的另一方法可以包括：制备砂浆浆料；在压力下将所述砂浆浆料注入所述地下地层，所述压力足以在所述地下地层中产生裂缝；和使所述砂浆浆料凝固，在所述裂缝中形成可渗透砂浆结构。可以设计所述砂浆浆料以凝固形成具有高于10mD-ft导流性的可渗透砂浆结构。所述砂浆浆料可以包含水泥材料、骨料和水。

具体实施方式

通常，在压裂源岩石之后，砂浆浆料可以凝固以形成强的导流性和类岩石的砂浆结构。砂浆浆料可以同时产生和填充裂缝，使其中的烃漏出。当砂浆浆料硬化为砂浆结构时，只要砂浆结构是可渗透的，裂缝可以保持开放以使烃流入钻杆。这种砂浆浆料可以降低或消除对支撑剂的需要，所述支撑剂可能很昂贵和有时不能保持初始导流性。此外，相比于常规方法，通过使用砂浆浆料作为压裂剂而不用大量的可溶材料、胶凝剂、发泡剂等加强的导流性可以提供更安全、更便宜和更有效的处理选择。

使用本文描述的方法的处理可以包括激发、地层稳定、和/或加固。使用以下所述方法的激发可以涉及使用砂浆浆料替代传统流体如携带固体支撑剂材料的滑溜水、线性凝胶或交联凝胶配制物。在硬化为可渗透砂浆结构和变得导流之前，砂浆浆料可以在目标地层区域中产生裂缝，使贮层流体流入井孔。因此，砂浆浆料可以充当压裂流体和支撑剂材料。在水合作用之后，砂浆浆料可以变得导流，从而产生的裂缝几何形状可以导流而无需单独的支撑剂。此外，可以增加裂缝范围，导致因更多接触面积而改进的裂缝长度，并相应增加了井距。在一些例子中，井距可以加倍，减少了50％的井。而且，可以明显降低激发成本。此外，可以减少用水，这是由于砂浆浆料可能要求比传统滑溜水压裂控制少高达70-75％的水。