保持地層滲透性和防止粘土膨脹的方法
2023-05-12 20:54:51 1
專利名稱：保持地層滲透性和防止粘土膨脹的方法
技術領域：
本發明涉及為了增產油、氣和其它地層流體的地層水力壓裂，特別涉及所述地層的滲透性的保持。本發明包括對地下粘土的處理以防止主要由於從強化流體中吸收水和/或膠凝劑引起的膨脹。本發明特別涉及使用某些化學劑以防止粘土就地膨脹。
在Himes和Vinson的美國專利4，842，073號中有對本申請提到的問題的充分描述。如其中所描述的，地層中通常存在的粘土和微粒不會阻礙所需的烴類流經地層，除非它們受幹擾，典型地是與作為井的增產措施的水性流體接觸。當發生這樣的接觸，則微粒趨向於堵塞地層的毛細通路，而粘土則依據其不同的類型和結構趨向於發生不同程度的膨脹。
業已廣泛採用鹽類，如氯化鉀，來將粘土從鈉型通過離子交換轉變成難膨脹的鉀型;但是，物理方法引入這類鹽會給典型地用於強化地層的粘性的聚合物材料的製備帶來困難。對由於嘗試在壓裂處大量地製備相結合的KCl-聚合物組合物的失敗或困難導致了Himes/Vinson的發明，如在上述』073號專利中所述的。Himes和Vinson建議用多種較高分子量的銨、嗎啉和吡啶鎓的滷化物作為陽離子交換粘土的鈉。他們描述了當這類陽離子化合物與強化或處理流體，如聚合物、膠凝劑等等的水溶液，結合使用時，粘土膨脹減低，地層滲透性得到保持。但是，Himes和Vinson所述的組合物通常具有較低的電荷密度，因而是無效的;而且，許多用於粘土處理的化合物在溶液的製備和使用過程中產生不希望有的泡沫。
我們的發明也能有效地解決Himes和Vinson在美國專利4，974，678中所述的困難，例如壓裂流體中的多糖類被存在於地層中的粘土吸收。
我們發現地下地層的滲透性可以得到保持-即，可以防止地層中存在的或壓裂過程中產生的微粒堵塞毛細裂縫並可以阻止粘土膨脹以及減慢流體流動-通過在壓裂流體中包含有效量的具有以下結構式的二甲基二烯丙基銨鹽
式CH2＝CH-CH2-N+(CN3)3X-的三甲基烯丙基銨鹽或其中X可以是任何適於地層的陰離子，較好是滷化物，最好是氯化物;使用相應的三烯丙基和四烯丙基銨化合物也屬於本發明。這樣，我們的發明採用通式(CH2＝CH-CH2)nN+(CH3)4-nX-的化合物，其中X如上定義而n是1到4的整數。目前我們優選的化合物是二甲基二烯丙基氯化銨，但X可以是任何滷素。考慮到它們的分子量，我們的烯丙基季鹽具有高的電荷密度，這是本申請所希望的。烯丙基基團影響分子的陽離子電荷強度;而且，每個烯丙基團分子中少兩個氫，更增加了關於到分子量的電荷密度。
如在以上參考的Himes和Vinson的專利中所述的，可能存在於地層中和/或引起困難的粘土包括蒙脫石(蒙皂石)類，如蒙脫石、皂石、綠脫石、鋰皂石和鋅皂石;高嶺石類，如高嶺石、珍珠石、迪開石和埃洛石;水雲母類(hydrousmicagroup)，如蛭間黑雲母、海綠石、伊利石和鈉伊利石(bramalite);綠泥石類，如綠泥石和鮞綠泥石，以及其它還有蛭石、坡縷石和海泡石以及上述各種礦物和各類的混合層。在此引入Himes和Vinson的4，842，073號專利的整個說明書作為參考，同時應當明白本發明適用於』073號專利中所描述的各種條件和環境。
我們所採用的烯丙基銨鹽可以以有效量與水性壓裂流體混合從而能實質上穩定地層，阻止了由於與水性壓裂流體接觸導致的地層滲透性受損。地層控制添加劑烯丙基銨鹽一般以佔壓裂流體的至少約0.05重量百分比的量與水性壓裂流體混合。較好的是地層控制添加劑以佔水性壓裂流體的約0.1到約5重量百分比的量存在;最好為約0.2%到約1%。實際量可通過估計地層中的粘土量來確定，地層中的粘土量採用工藝上已知的標準樣芯流動試驗中的代表性樣芯來估計。
烯丙基銨鹽可以在流體與地下地層接觸之前的任何時候與壓裂流體混合。當烯丙基銨鹽能容易地以液體溶液得到時，它能毫不困難地與水性壓裂流體成分在膠凝劑水合之前或之後相混合。目前最常用的膠凝劑是多糖類，特別是天然瓜耳膠、羥丙基瓜耳膠、羥乙基纖維素和黃原膠，而我們的處理劑可與任何和全部這些物質相容。多糖或其它膠凝劑典型地用於烴溶劑中以形成一種「液態膠凝濃縮物」。我們的烯丙基季鹽也能與這些濃縮物相容。
我們的發明將結合某些實施例和附圖來描述，其中
圖1表示將單體的二甲基二烯丙基氯化銨與另外三種KCl替代物比較的毛細吸入試驗的結果;圖2、3、4和5表示採用四甲基氯化銨的標準樣芯試驗結果，圖6是對二甲基可可胺的類似試驗，而圖7表示用我們採用的物質二甲基二烯丙基氯化銨的相似的樣芯試驗的結果。
作為我們的發明可以用於代替或多或少的常規的KCl處理以防止地層壓裂中的粘土膨脹的表證，是在毛細吸入試驗中，對我們的二烯丙基二甲基氯化銨與蒸餾過的二甲基可可胺的50%的溶液進行比較。
如在現有工藝上已知的，毛細吸入試驗採用充注流體的圓柱體，用通過其軸環的吸水紙來終止。用它來測定流體在吸水紙上的遷移速率(通過標度距離的時間)，首先在圓柱體中只充注處理流體時測定，其次再在它包含固體物時測定。固體物趨向於累積在吸水紙上從而降低流動速率，以此來作為比較;有或沒有固體物的流速與標準吸水紙產生的毛細壓力成比例。Underdown和Conway在1990年2月22-23日在路易斯安那州的Lafayette舉行的SocietyofPetroleumEngineersSymposiumonFormationDamageControl上發表的標題為「MininizeFormationDamagebyRapid/Inexpen-siveMethodofCompletionandStimulationFluidSetection」的文章中對該試驗有詳細的描述;參見SPE出版物19432。
實施例Ⅰ用研缽和碾槌將Berea砂石樣品碾碎，直到它們能通過40目篩，得到大量樣芯材料。等分試樣成3.75g，將每一等分加到75ml鹼性流體中並在Waring混合器中低速攪拌30分鐘。以秒為單位測定毛細吸入時間三次，平均值列於表Ⅰ中。
表Ⅰ濃度 TMBQ*TMAC**PCS***DMDAAC@(v/v%)044.344.344.344.3049.349.349.349.30444444440.214.414.219.315.40.213.914.42115.60.212.213.520.414.70.4131115.613.6
0.414.511.118.113.90.412.711.114.311.90.610.813.716.614.50.611.713.915.114.50.611.213.915.7160.813.215.114.113.70.813.516.11916.50.812.210.91514.2114.213.816.512.3112.915.617.112.6113.714.414.313.1＊三甲基苯基氯化銨＊＊四甲基氯化銨＊＊＊25%的聚(二甲基二烯丙基氯化銨)溶液＠二甲基二烯丙基氯化銨作為比較，用KCl和氯化銨對相同的Berea樣芯材料進行類似的試驗，如表Ⅱ所示。在圖1中將這些結果描繪成圖。
表Ⅱ濃度 KCl NH4(w/v%)0.12516.413.80.12513.613.20.1251413.20.2514.813.40.2513.113.10.2512.4130.513.812.9
0.513.112.60.514.412.5112.412.7112.513.5113.112.9213.712.2212.212.3213.813從表Ⅰ和表Ⅱ的結果可以看出，二甲基二烯丙基氯化銨表現出至少與任何標準物質一樣好的性能，而且它還具有不產生任何泡沫和其它不利反應的優點。
進行類似的實驗可證實我們的材料在很低濃度下的效果實施例Ⅱ在這個實驗中，進行上述毛細吸入試驗，用40%的DMDAAC溶液與50%的DMCD溶液進行比較，結果列於表Ⅲ。
表ⅢDMDAAC50%DMCD濃度時間濃度時間(gal/1000(gal/1000galgal)0.015180.03012.80.2514.40.03012.80.5013.90.06312.51.0012.10.12513.52.0010.30.25020.6新鮮水20.40.50028.02%KCl13.8
1.00026.82.00036.9新鮮水25.02%KCl13.8這些結果是讓技術熟練者感到驚訝的，因為很低濃度的DM-DAAC能明顯地縮短毛細吸入時間。
實施例Ⅲ以下步驟用於下面記載的樣芯流動試驗。Berea樣芯材料中摻入3%NaCl。然後將樣芯材料修整並加入Hassler套筒中。在75F，環形套筒的壓力升高到1000psi封閉壓力。用高壓Bechman雙缸泵泵入精煉過的脫味礦物油，它被移入置換容器以通過樣芯材料泵入鹽水和處理液。採用一歧管和閥裝置使得在改變流體時能通過樣芯材料表面泵入流體，從而確保流體徹底交換。所有的流體在進入樣芯材料之前先通過兩個在線的0.5μ納普綸(nupro)過濾器。將回壓調節器置於100psi以保持恆定的樣芯材料細孔壓力。這個試驗的順序先是3%NaCl，接著是KCl替代物，隨後用3%NaCl恢復滲透性。所有的流體從相同方向泵入。
進行樣芯材料流動試驗來比較40%DMDAAC與50%DMCD和50%TMAC。附圖2、3、4和5是關於TMAC;圖6是DMCD的結果以及圖7是DMDAAC。
權利要求
1.一種處理地下地層的方法，包括將地下地層與處理流體的水溶液接觸，處理流體含有有效量的地層控制添加劑，包括至少一種式(CH2=CH-CH2)nN+(CH3)4-nX-的化合物，式中X是任何不與地層或處理流體發生有害反應的陰離子，n是1到4的整數，從而減低了由於水性流體與地層接觸導致滲透性的損害。
2.如權利要求1的方法，其特徵在於，其中所述的地層控制添加劑是以至少佔處理流體的約0.05重量%的量存在。
3.如權利要求1的方法，其特徵在於，其中所述的地層控制添加劑佔處理流體的約0.1到約5重量%的量存在。
4.如權利要求1的方法，其特徵在於，其中所述的地層控制添加劑佔處理流體的約0.2重量%到約1重量%的量存在。
5.如權利要求1的方法，其特徵在於，其中處理流體包括一膠凝劑以增加處理流體的粘度。
6.如權利要求1的方法，其特徵在於，其中X-是滷素。
7.如權利要求1的方法，其特徵在於，其中X-是氯。
8.如權利要求1的方法，其特徵在於，其中地層控制添加劑是二甲基二烯丙基氯化銨。
9.如權利要求1的方法，其特徵在於，其中地層控制添加劑是甲基三烯丙基氯化銨。
10.如權利要求1的方法，其特徵在於，其中地層控制添加劑是烯丙基三甲基氯化銨。
11.如權利要求1的方法，其特徵在於，其中地層控制添加劑是四烯丙基氯化銨。
12.一種從含粘土的地下地層中增產烴類產量的方法，其特徵在於，包括製備一種水性處理流體，它包括一種水性流體、一種選擇的膠凝劑和一種式(CH2＝CH-CH2)nN+(CH3)4-nX-的地層控制添加劑，式中X是滷素和n是1到4的整數，並且在通過所述流體引起在所述地層中產生至少一個壓裂的條件下，用所述水性處理流體接觸所述地層，從而促進了以後的烴類生產，所述地層控制添加劑以有效量存在於所述處理流體中，從而減低了由於處理流體中的水性流體與地層中的粘土接觸導致的滲透性的損害。
13.如權利要求12的方法，其特徵在於，其中所述地層控制添加劑以佔所述水性處理流體約0.05重量%以上的量存在。
14.如權利要求12的方法，其特徵在於，其中所述地層控制添加劑以佔所述水性處理流體的約0.1到約5重量%的量存在的。
15.如權利要求12的方法，其特徵在於，其中所述地層控制添加劑是二甲基二烯丙基氯化銨。
16.如權利要求12的方法，其特徵在於，其中所述地層控制添加劑是烯丙基三甲基氯化銨。
17.如權利要求12的方法，其特徵在於，其中所述地層控制添加劑是甲基三烯丙基氯化銨。
18.如權利要求12的方法，其特徵在於，其中所述地層控制添加劑是四烯丙基氯化銨。
全文摘要
在增產烴類流體生產中抑制地下粘土膨脹和遷移，及其措施，其方法是通過用式(CH
文檔編號C09K8/60GK1078290SQ9310151
公開日1993年11月10日 申請日期1993年2月12日 優先權日1992年2月13日
發明者託德·R·託馬斯, 凱文·W·史密斯 申請人:清水股份有限公司