利用砂漿漿料處理地下地層的方法

2023-07-21 20:39:56 1

利用砂漿漿料處理地下地層的方法
【專利摘要】一種處理地下地層的方法，包括：製備砂漿漿料；在壓力下將所述砂漿漿料注入所述地下地層，所述壓力足以在所述地下地層中產生裂縫；和使所述砂漿漿料凝固，在所述裂縫中形成砂漿結構。可以設計所述砂漿漿料以形成可滲透砂漿結構、在裂縫閉合壓力下碎裂或這兩者。
【專利說明】利用砂漿漿料處理地下地層的方法
[0001] 本專利申請要求2012年6月21日提交的美國臨時申請61/662705的權益，該申 請在此通過參考引入。

【技術領域】
[0002] 本發明涉及使用包含水泥材料、水和骨料以及任選的附加劑和/或添加劑的砂漿 漿料處理地下地層的方法。

【背景技術】
[0003] -種處理地下地層的方法是壓裂。壓裂是在巖層中起裂和隨後延伸碎裂或裂縫的 過程。壓裂能夠從地表深處（例如2, 000-20, 000英尺）的巖層中產生烴。在這種深度下， 地層可能缺少足夠的孔隙率和滲透性（導流性）以使烴以經濟速率從巖石流入井孔。在鑽 入貯層巖層的井孔中預定的深度下人造裂縫起裂和向外延伸至地層的目標區域中。壓裂通 過提供連接貯層較大區域到井孔的導流通路進行作業，由此增加了可以從中由目標地層採 收烴的區域。通過水力壓裂或在壓力下將流體注入井孔產生許多裂縫。引入注入流體的支 撐劑可以維持裂縫寬度。常見的支撐劑包括沙子、陶瓷或其它微粒以防止當注射停止時裂 縫閉合。一些支撐劑材料很貴和可能不適合於維持初始導流性。運輸支撐劑材料可能很昂 貴和低效率。例如，支撐劑可能在具有短裂縫長度的帶水作業中趨於下沉。此外，帶水壓裂 作業要求使用大量的水和液壓功率。在緊的和具有長裂縫閉合時間的地層中凝膠作業也存 在與由於汙染貯層的殘餘物要進行合適清理、削弱產量和不能長期（5-24小時）保持功能 (商粘度）相關的困難。
[0004] U. S. 7, 044, 224描述了在裂縫中提供滲透性的方法。該方法涉及向地下地層中注 入包含可降解材料的可滲透水泥組合物。降解可降解材料在所得的支撐劑基質中形成孔 隙。該方法的問題是很難控制可降解材料的降解。如果可降解材料未均勻地混入水泥組合 物中，可能限制滲透性。此外，當降解發生得太快時，在形成基質前水泥組合物填充了孔隙， 導致滲透性降低。當降解發生得太慢時，孔隙缺少彼此的連通性，也導致滲透性降低。為了 使降解發生在恰當的時間，必須小心控制各種條件（例如pH、溫度、壓力等），這使過程復 雜性增加和由此增加了時間和成本。該方法的另一問題是可降解材料可能很昂貴和運輸困 難。該方法的又一問題是即使使用大量可降解材料，也只能在邊緣加強滲透性。此外，添加 可降解材料可能對流動性產生負面影響。


【發明內容】

[0005] 處理地下地層的方法可以包括：製備砂漿漿料；將所述砂漿漿料注入地下地層 中；在保持砂漿漿料壓力高於地層裂縫閉合壓力的同時，使所述砂漿漿料凝固以形成砂漿 結構；使壓力降低到所述裂縫閉合壓力以下；和使所述砂漿結構碎裂。可以設計使所述砂 漿漿料凝固以形成具有低於地下地層裂縫閉合壓力的壓縮強度的砂漿結構。所述砂漿漿料 可以包含水泥材料和水。在壓力下將所述砂漿漿料注入所述地下地層，所述壓力足以在所 述地下地層中產生裂縫。可以在保持壓力的同時使所述砂漿漿料凝固和在所述裂縫中形成 所述砂漿結構。然後可以使壓力降低到所述裂縫閉合壓力以下和使所述砂漿結構碎裂，形 成碎裂的砂漿結構。
[0006] 處理地下地層的另一方法可以包括：製備砂漿漿料；在壓力下將所述砂漿漿料注 入所述地下地層，所述壓力足以在所述地下地層中產生裂縫；和使所述砂漿漿料凝固，在所 述裂縫中形成可滲透砂漿結構。可以設計所述砂漿漿料以凝固形成具有高於10mD-ft導流 性的可滲透砂漿結構。所述砂漿漿料可以包含水泥材料、骨料和水。

【具體實施方式】
[0007] 通常，在壓裂源巖石之後，砂漿漿料可以凝固以形成強的導流性和類巖石的砂漿 結構。砂漿漿料可以同時產生和填充裂縫，使其中的烴漏出。當砂漿漿料硬化為砂漿結構 時，只要砂漿結構是可滲透的，裂縫可以保持開放以使烴流入鑽杆。這種砂漿漿料可以降低 或消除對支撐劑的需要，所述支撐劑可能很昂貴和有時不能保持初始導流性。此外，相比於 常規方法，通過使用砂漿漿料作為壓裂劑而不用大量的可溶材料、膠凝劑、發泡劑等加強的 導流性可以提供更安全、更便宜和更有效的處理選擇。
[0008] 使用本文描述的方法的處理可以包括激發、地層穩定、和/或加固。使用以下所 述方法的激發可以涉及使用砂漿漿料替代傳統流體如攜帶固體支撐劑材料的滑溜水、線性 凝膠或交聯凝膠配製物。在硬化為可滲透砂漿結構和變得導流之前，砂漿漿料可以在目標 地層區域中產生裂縫，使貯層流體流入井孔。因此，砂漿漿料可以充當壓裂流體和支撐劑材 料。在水合作用之後，砂漿漿料可以變得導流，從而產生的裂縫幾何形狀可以導流而無需單 獨的支撐劑。此外，可以增加裂縫範圍，導致因更多接觸面積而改進的裂縫長度，並相應增 加了井距。在一些例子中，井距可以加倍，減少了 50%的井。而且，可以明顯降低激發成本。 此外，可以減少用水，這是由於砂漿漿料可能要求比傳統滑溜水壓裂控制少高達70-75%的 水。
[0009] 通過如下過程砂漿漿料可以達到和維持高的設計裂縫導流性：（1)當由砂漿漿料 形成的砂漿結構受到閉合地層應力作用時，控制砂漿結構中的碎裂；(2)當砂漿漿料凝固 以形成可滲透砂漿結構時，控制該砂漿漿料的導流性；或（3)這兩者。通過控制砂漿結構中 的碎裂，利用由於施加在砂漿結構上的最小原位應力引起的碎裂可以產生導流介質。這種 碎裂可以形成用於流體流動的自由通路，因此，使得碎裂的砂漿結構成為導流介質，即使在 碎裂之前砂漿結構導流性較差或甚至相對不導流。在凝固形成可滲透砂漿結構的過程中， 通過提供沙子/水泥材料比高於1的砂漿漿料可以控制砂漿漿料的導流性。通過選擇在砂 漿結構中產生孔隙的配方通過團聚在水合作用過程中粘結的沙粒可以產生導流性。可能由 於沙粒被預塗覆或砂漿漿料混合發生團聚。最後，在具有特定導流性的砂漿結構中，控制可 滲透砂漿結構的碎裂可以獲得進一步提高的導流性。因此，可以利用未碎裂的可滲透砂漿 結構、已碎裂的基本不可滲透砂漿結構或已碎裂的可滲透砂漿結構提供導流性。
[0010] 在一個實施方案中，處理地下地層的方法涉及使用設計用於形成設計在低於裂縫 閉合壓力下碎裂的固體砂漿結構的砂漿漿料。也就是說，砂漿漿料可以按不同比例含有各 組分，從而當凝固時，在除去外壓後，所得的砂漿結構將具有小於裂縫閉合壓力的壓縮強 度。因此，當在砂漿漿料已經凝固和形成砂漿結構後除去外壓時，裂縫閉合壓力將壓緊砂漿 結構。因為砂漿結構的壓縮強度小於裂縫閉合壓力，這種壓緊將導致砂漿結構一定程度碎 裂，引起砂漿結構的滲透性提高。
[0011] 源於砂漿結構基質中孔隙的固化砂漿結構中的滲透性是指初級滲透性。但當固化 砂漿結構碎裂時，例如應用超過砂漿結構壓縮強度的地層應力產生次級滲透性。次級滲透 性的產生將提高固化砂漿結構的總滲透性。通過在砂漿漿料中包含在砂漿結構固化之後收 縮或膨脹的組分，也可以產生次級滲透性。收縮的組分產生附加的孔隙，還削弱了基質，導 致當應用地層應力時附加的碎裂。在砂漿結構固化之後膨脹的組分將導致固化的砂漿結構 在裂縫中改變大小和引起碎裂，產生次級滲透性。
[0012] 本發明可以依賴固化砂漿結構的初級滲透性，或者可以利用本文教導的方法之一 另外產生次級滲透性，或者可以利用相對不可滲透的砂漿結構，和依賴在裂縫中固化砂漿 漿料時或之後產生的次級滲透性。
[0013] 本文描述的處理方法可以用於壓裂、再壓裂或其中需要裂縫或井孔導流性的任何 其它處理。可以製備砂漿漿料（液相和固相或兩者或兩者的部分）（如〃匆忙處理〃或通 過預混合過程）和在足以在地下地層中產生裂縫的壓力下置於地下地層中。用於混合砂漿 漿料組分（如骨料、水泥材料和水）的設備和過程可以是間歇、半間歇或連續的和可以包括 水泥泵、壓裂泵、自由下落攪拌機、鑽機使用的噴射攪拌機、乾燥材料的預混合（間歇混合） 或其它設備或方法。在一些實施方案中，通過在高達30, OOOpsi的壓力下用泵注射將砂漿 漿料置於地下地層中。可以連續或單獨間歇地進行注射。可能希望高達約12m3/min的流 率通過高達約125_的管徑和高達約1，202. 7_的穿孔。當在地下地層中產生至少一個裂 縫時，將希望壓力保持在高於裂縫閉合壓力的壓力下，使砂漿漿料凝固和形成類巖石的砂 漿結構。裂縫閉合壓力可以從專門的測試如微壓裂、小型壓裂、漏失測試或由聲波和密度測 井數據獲得。
[0014] 只要壓力在裂縫產生時刻和砂漿漿料凝固時刻之間不降到裂縫閉合壓力以下，砂 漿漿料將填充在裂縫中並形成砂漿結構。當砂漿漿料已經凝固形成砂漿結構時，可以將壓 力降低到裂縫閉合壓力以下，和可以使裂縫中的砂漿結構碎裂形成碎裂的砂漿結構。為了 確保砂漿結構碎裂，可以設計砂漿漿料以凝固形成具有為或低於地下地層裂縫閉合壓力的 壓縮強度的砂漿結構。另外可以適當設計砂漿結構的壓縮強度，這取決於砂漿漿料使用的 各種材料的類型和量。壓縮強度可以為大於"裂縫閉合-0.5*貯層壓力"。這通常被稱為有 效支撐劑應力或有效約束應力。在一個實施方案中，通過閉合壓力的作用誘發碎裂但不會 損失完整性，因為希望砂漿結構的強度高於有效約束應力。也就是說，砂漿結構的壓縮強度 可以為閉合壓力和有效約束應力之間的任何值，從而當暴露在閉合壓力下時砂漿結構碎裂 但未完全破壞。例如，如果特定地層的裂縫閉合壓力為8, OOOpsi和貯層壓力為6, 500psi， 有效約束應力為8, 000-0. 5*6, 500 = 4, 750psi，一種希望的可滲透砂漿結構的壓縮強度可 以為低於8, OOOpsi和高於4, 750psi。基於壓縮強度估值，地層可以施加比期望值高得多的 點或線載荷，這些載荷也可以誘發希望的碎裂。本領域普通技術人員將理解可以基於包括 碎裂程度或所希望滲透性、材料成本、流動性、井節流政策等多種因素選擇精確的砂漿結構 壓縮強度。
[0015] 在一些實施方案中，可以設計砂漿漿料以提供具有高於預期裂縫閉合壓力的壓縮 強度的可滲透砂漿結構。在這種實施方案中，材料的選擇可以確保可滲透砂漿結構的足夠 導流性而不依賴砂漿結構的碎裂來提供導流性。
[0016] 無論是否設計砂漿漿料以使砂漿結構碎裂，都可以設計砂漿漿料以確保砂漿結構 在裂縫中保持至少一些完整性。因此，砂漿漿料的各種設計導致砂漿結構具有最大的壓縮 強度、最小的壓縮強度或這兩者。特定的砂漿漿料提供碎裂的砂漿結構，這是因為最大的壓 縮強度足夠低，但仍保持結構的完整性，這是因為最小的壓縮強度足夠高。換句話說，砂漿 結構可以碎裂，當應保留在原處並用作支撐劑。可以基於使導流性最大化選擇砂漿結構可 以碎裂的程度，從而有足夠的碎裂以確保從其中流過，但碎裂也不能太多以至於砂漿結構 破裂為小片和塊或可能變為井孔控制的阻礙。
[0017] 為了在裂縫中保持所希望的完整性，如果砂漿結構的碎裂是不希望的（例如，如 果砂漿結構為無需碎裂就具有足夠滲透性的可滲透砂漿結構），砂漿結構可以具有高於地 層有效約束應力或裂縫閉合壓力的壓縮強度。此外，砂漿結構的強度可能足以堅持住由於 維修或其它控制原因而暫時關閉井的壓力周期。在一些實施方案中，當假設裂縫閉合壓力 約40MPa時，砂漿結構可以具有約20MPa的壓縮強度，從而裂縫閉合壓力將引起砂漿結構碎 裂而未被破壞。
[0018] 由於使用可滲透砂漿結構、砂漿結構碎裂或這兩者在井孔中形成可滲透砂漿結構 之後，可以從地層產出烴，可滲透砂漿結構保持在地層中裂縫的完整性，同時使烴和其它地 層流體流入井孔。產出的烴可以流過可滲透砂漿結構和/或誘發的碎裂，同時可以基本上 阻止地層沙子通過可滲透砂漿結構。
[0019] 砂漿漿料包含水泥材料和水。水可以以足以形成具有可泵送稠度的砂漿漿料的量 存在。更特別地，水和水泥材料的重量比可以為〇. 2-0. 8,這取決於砂漿漿料的各種所希望 特徵。例如，當希望較小的粘度時可以使用較多的水，和當需要強度時可以使用較多的水泥 材料或較少的水。此外，水與水泥材料的比可以根據砂漿漿料中是否使用其它材料而改變。 可以基於流動性和均一性選擇在砂漿漿料中使用的特定材料。
[0020] 多種水泥材料可能都是適合的，包括由鈣、鋁、矽、氧、鐵、和/或鋁形成的水硬水 泥，它通過與水反應凝固和硬化。水硬水泥包括但不限於波特蘭水泥、火山灰水泥、石膏水 泥、高氧化鋁含量水泥、二氧化矽水泥、高鹼度水泥、微水泥、爐漁水泥和粉煤灰水泥。根據 美國石油協會（API)的用於井用水泥的材料和測試的API規格（API規格10,第五版，1990 年7月1日），一些水泥被歸類為級別A、B、C、G和H水泥。歐洲標準EN197-1提到了可能 適合的其它水泥類型和組成，該標準由5個主要類型組成。其中，基於次要材料的類型，類 型Π 被分為7個子類型。美國標準ASTM C150涵蓋了不同類型的波特蘭水泥和ASTM C595 涵蓋了混合的水硬水泥。水泥材料可以佔砂漿漿料重量的約20-90%。
[0021] 砂漿漿料中的水可以為淡水、鹽水（如包含一種或多種溶解於其中的鹽的水）、滷 水（如飽和鹽水）、淡鹽水、回流水、採出水、循環或廢水、湖水、河水、池塘水、礦物水、井水、 沼澤或海水。通常，水可以來自任何來源，只要它不包含過量的不利地影響砂漿漿料中其它 組分的化合物即可。可以處理水以確保用於砂漿漿料的適當組成。
[0022] 在一些實施方案中，可以設計砂漿漿料以提供具有最低水平導流性的可滲透砂 漿結構。例如，可以使用間斷級配骨料、碎裂或這兩者設計砂漿漿料以凝固形成具有約 10-9, 000mD-ft、約 250-1，000mD-ft、大於 100mD-ft 或大於 1，500mD-ft 的導流性的可滲透 砂漿結構。
[0023] 砂漿漿料可以提供具有最低水平導流性的砂漿結構，而不用採用可能昂貴的、有 害環境的、難以運輸的或其它不希望的一些材料。換句話說，砂漿漿料可以基本上排除一些 材料。例如，在一些情況下，膠凝劑、破碎劑、發泡劑、表面活性劑、附加增粘劑和/或可降解 材料可以完全從砂漿漿料中排除，或僅以最小量被包含。因此，砂漿漿料可以包含小於5% 膠凝劑、小於5%發泡劑、小於5%表面活性劑和/或小於5%可降解材料，以砂漿漿料中 水泥材料的重量計。例如，砂漿漿料可以包含小於4%、小於3%、小於2%、小於1%、小於 0. 5%、小於0. 1 %或痕量的任何這些材料，以砂漿漿料中水泥材料的重量計。
[0024] 砂漿漿料還可以包含骨料。一些骨料的例子包括標準沙、河沙、粉碎巖石（例如玄 武巖、熔巖/火山巖等）、礦物填料和/或輔助或回收材料如水去礦化的石灰石微粒和粉煤 灰。其它例子包括多分散、新、回收或廢物流固體顆粒、陶瓷、粉碎混凝土、失效催化劑（如 重金屬浙濾）和玻璃顆粒。也可以提供輕質的添加劑如膨潤土、火山灰或硅藻土。骨料的 粒度可以為〇 -2mm、〇-lmm或0. 1-0. 8mm。沙子/水泥材料的比可能影響砂楽結構的機械特 性如壓縮和彎曲強度以及砂漿漿料的可加工性孔隙率和滲透性。沙子和水泥材料的比可以 為1-8U-6或2-4。在一些實施方案中，可以使用間斷級配骨料。因此，可以基於每種的獨 特特徵選擇各種粒度的特定比例，從而當砂楽楽料被泵送入井孔和凝固形成砂楽結構時， 在砂漿漿料中有目的地產生孔隙。因此，可以提供間斷級配骨料使砂漿結構在已經碎裂以 形成可滲透砂漿結構之前或之後的孔隙含量為約20%。顆粒的混合角度可以允許更好的填 充混合。例如，天然材料如具有低或高角度的沙子可以單獨使用或與具有相似或不相似角 度的其它材料組合使用。當設計的孔隙含量足夠高時，可以設計砂漿結構以具有高於裂縫 閉合壓力的壓縮強度。因此，利用間斷級配骨料可以獲得較高程度的砂漿結構完整性，同時 允許足夠的導流性。但如果希望附加的導流性，可以使用間斷級配骨料，同時設計砂漿結構 在裂縫閉合壓力下碎裂，產生甚至更高的導流性。在一些實施方案中，通過預水合作用用水 泥基混合物塗覆沙粒以消除下陷和保持砂漿漿料為單相液體；此外，還可以向砂漿漿料中 添加增稠劑或其它常見的固體懸浮添加劑以及不同的改進附加劑。
[0025] 砂漿漿料可以包含粘合劑例如但不限于波蘭特水泥，其中CEM 152. 5R是非常快速 硬化的例子，或其它如Microcem(具有非常小的粒度分布（〈10 μ m)的特殊水泥）。後者具 有非常小的水泥顆粒和因此具有非常高的比表面積（即Blaine值），這樣它可以在早期就 獲得非常高的強度。其它水泥材料如熟料、粉煤灰、爐渣、矽粉、石灰石、頁巖殘渣、possolan 和礦物粘合劑可以用於粘合。
[0026] 砂漿漿料可以包括增塑劑或超增塑劑及緩凝劑的附加劑。超增塑劑可以包括但不 限於聚羧酸酯，其商業例子為BASF Glenium ACE352 (活性組分=20% m/m)，和/或磺化萘 甲醛縮合物，其商業例子為Cugla PIB HR(活性組分=35% m/m)。緩凝劑可以包括但不限 於本領域已知的用於水泥應用的標準緩凝劑，其商業例子包括CUGLA PIBMMV(活性組分= 25% m/m)和 / 或 BASF Pozzolithl30R(活性組分=20% m/m)。
[0027] 任選地，分散劑可以以有效以有助於在砂漿漿料中分散水泥和其它材料的量包含 在砂漿漿料中。例如，分散劑可以為砂漿漿料重量的約0.1-約5%。典型的分散劑包括 萘-磺酸基-甲醛縮合物、丙酮-甲醛-亞硫酸酯縮合物和flucano- δ -內酯。
[0028] 流體損耗控制添加劑可以被包含在砂漿漿料中以防止在放置過程中流體從砂漿 漿料中損失。液體或可溶流體損耗控制添加劑的例子包括改性合成聚合物和共聚物、天然 樹脂和它們的衍生物以及衍生的纖維素和澱粉。如果使用，流體損耗控制添加劑通常可以 以足以抑制流體從砂漿漿料中損失的量被包含在樹脂組合物中。例如，流體損耗添加劑可 以佔砂漿漿料重量的約0-25%。
[0029] 其它添加劑如促進劑（如氯化鈣，氯化鈉，三乙醇胺氯化鈣，氯化鉀，亞硝酸鈣，硝 酸鈣，甲酸鈣，甲酸鈉，硝酸鈉，三乙醇胺，X-seed (BASF)，納米CaCO3，其它鹼金屬和鹼土金 屬的滷化物、甲酸鹽、硝酸鹽和碳酸鹽，在ASTM C494中規定的用於水泥的附加劑或其它）、 緩凝劑（如酒石酸鈉、檸檬酸鈉、葡萄糖酸鈉、衣康酸鈉、酒石酸、檸檬酸、葡萄糖酸、木質素 磺酸鹽、和合成聚合物和共聚物、觸變添加劑、可溶的鋅或鉛鹽、可溶的硼酸鹽、可溶的磷酸 鹽、木質素磺酸鈣、碳水化合物衍生物、糖基附加劑（例如木質素）、在ASTM C494中規定的 用於水泥的附加劑或其它）、懸浮劑、表面活性劑、疏水或親水塗料、PH緩衝液等也可以包 含在砂漿漿料中。附加添加劑可以包括用於強化或弱化的纖維，為聚合或天然的如纖維素 纖維。也可以包含碎裂添加劑。一些碎裂添加劑可以包括膨脹性材料（如石膏、磺基鋁酸 鈣、游離石灰（CaO)、鋁顆粒（如金屬鋁）、反應性二氧化矽（如粗顆粒；長期的）等）、收縮 材料、水泥雜質（如油，柴油）、弱支撐材料（如弱骨料、火山骨料等）和非鍵合骨料（如塑 料、塗有樹脂的支撐劑和生物可降解材料）。
[0030] 在一些實施方案中，例如，固化或半固化地層的激發，可以將常規支撐劑材料加入 砂漿漿料中。如本文所用的，術語"固化"和"半固化"指與具有相對低結構穩定性的疏鬆 地層相對的具有某種程度相對結構穩定性的地層。當經歷壓裂過程時，這種地層可以施加 非常高的裂縫閉合壓力。支撐劑材料可以有助於保持裂縫被撐開。如果使用，支撐劑材料 可以為尺寸足夠大以有助於支撐裂縫打開而不負面影響砂漿結構的導流性。通常尺寸可以 為約10-80美國篩目。支撐劑的尺寸可以為約12-60美國篩目。通常，該量可以明顯小於 包含在常規壓裂流體過程中的支撐劑材料的量。
[0031] 砂漿漿料還可以包含：當砂漿結構碎裂時可以使其連接或結合在一起的玻璃或其 它纖維；石灰石或為改進砂漿漿料粘附性（減少分隔）的其它填料；或用於涉及水泥材料 的井下控制的任何添加劑或材料。
[0032] 砂漿漿料可以凝固以在地下地層的裂縫中形成可滲透砂漿結構，尤其用於保持裂 縫的完整性和防止利用井流體產生微粒。可以在地面上（匆忙處理或通過預共混過程）制 備砂漿漿料，然後在足以實施所希望功能的壓力下通過井孔注入地下地層和/或裂縫或裂 隙中。當壓裂或其它砂漿漿料放置過程完成時，使砂漿漿料在地層裂縫中凝固。可能要求 足量的壓力以在凝固過程中保持砂漿漿料，尤其是防止砂漿漿料流出地層裂縫。當凝固時， 可滲透砂漿結構可能導流性足夠強，以使油、氣和/或其它地層流體從其中流過，而不會使 大量不希望的微粒遷移到井孔中。此外，可滲透砂漿結構可以具有足夠的壓縮強度以保持 地層中裂縫的完整性。
[0033] 砂漿結構可以具有足夠的強度以基本上作為支撐試劑，例如，部分或完全保持地 層中裂縫的完整性以提高地層的導流性。重要地，當作為支撐試劑時，砂漿結構也可以在 地層中提供流動通道，其促進所希望的地層流體流到井孔中。當缺乏足夠強度以避免在裂 縫閉合壓力下碎裂時，碎裂的砂漿結構也可以具有足夠強度作為支撐試劑。在一些實施方 案中，可滲透砂漿結構（即可滲透砂漿結構、碎裂的砂漿結構或碎裂的可滲透砂漿結構） 的滲透性可以為約0. 1-430達西；在其它實施方案中，可滲透砂漿結構的滲透性可以為約 0. 1-50達西；仍在其它實施方案中，可滲透砂漿結構的滲透性可以高於約10達西，或高於 約1達西。
[0034] 當砂漿結構的碎裂不是特別希望時，以上所述的方法可以任選略掉保持壓力高於 裂縫閉合壓力同時使砂漿漿料凝固並使裂縫中的砂漿結構碎裂和形成碎裂的砂漿結構的 步驟。如果不略掉或僅部分略掉這些步驟，砂漿結構仍可能碎裂和形成碎裂的砂漿結構，導 致提高的導流性。但如果碎裂是希望的，則這些步驟可以確保受控的碎裂發生。
[0035] 小塊砂漿漿料和負載支撐劑的凝膠可以使用支撐劑和凝膠部分作為連接提高在 裂縫中碎裂的砂漿結構位置之間的連通。碎裂的砂漿結構部分可以支持在裂縫中垂直放置 高導流性材料。可以在結束時使用支撐劑和流體完成處理，用於更好的近井孔導流性。低 和高的頻率以及碎裂的砂漿結構與凝膠的比可能取決於在兩系統之間循環的設備容量。 [0036] 為了有效泵送和以其它方式處理砂漿漿料，可以設計砂漿漿料以按照作業場地的 特別限制流動。因此，考慮變量如溫度、井孔深度和其它地層特徵，可以調整流動性半徑。通 過本領域作業人員已知的粘度計標準設備如Fann_35(由Houston Tx的Farm Instrument Company提供）測定，砂漿漿料粘度可以為小於5, OOOcP或小於3, OOOcP，潛在地低於 l，000cP。同樣，可以設計砂漿漿料以按照作業場地的特別限制凝固。因此，考慮變量如溫 度、井孔深度和其它地層特徵，可以調整凝固時間。在一些實施方案中，在泵停止後砂漿漿 料的凝固時間可以為至少60分鐘。在其它實施方案中，在泵停止後砂漿漿料的凝固時間可 以為2-6小時、在泵停止後為約3小時，或在放置後和凝固之前放置砂漿漿料而沒有不希望 的延遲的另一凝固時間。當已經選擇了凝固時間時，處理地下地層的方法可以包括通過等 待設計的凝固時間使砂漿漿料凝固。例如，當砂漿漿料的凝固時間為60分鐘時，所述方法 可以包括在注射停止後等待至少60分鐘。本領域技術人員將理解某種緩凝劑技術可能影 響砂漿漿料強度進展，這可能需要考慮和補償。
[0037] 當砂漿漿料凝固時，砂漿結構（如可滲透砂漿結構）可以具有高於100mD-ft的導 流性，和可以設計砂漿漿料以在砂漿結構中提供這種導流性。在碎裂前，可滲透砂漿結構 可以具有第一導流性。該導流性源於在可滲透砂漿結構中形成的連續開孔結構和/或碎 裂。在可滲透砂漿結構碎裂後，因為碎裂產生的孔隙空間，碎裂的可滲透砂漿結構可能具有 較高的導流性。例如，碎裂可以提供具有約0.5mm寬度的碎片。因此，可滲透砂漿結構的 第二導流性可能大於在碎裂前可滲透砂漿結構的第一導流性。例如，第一導流性可以為至 少100mD-ft，和第二導流性可以為至少250mD-ft。第二導流性可以比第一導流性高出一定 程度或百分比。例如，第二導流性可以比第一導流性高至少25mD-ft、50mD-ft、100mD-ft、 250mD-ft、500mD-ft或1，000mD-ft。這些值可以應用到高達約15, OOOpsi的約束應力，不 同的值可用於不同的施用淨壓力。
[0038] 當砂漿漿料凝固時，砂漿結構的耐鹽性可以高於3 %鹽水，和可以設計砂漿漿料以 在砂漿結構中提供這種耐鹽性。例如，耐鹽性可以為約1-25%鹽水。本領域技術人員可以 理解在高的鹽度或鹼含量下一些骨料可能顯示出不需要的鹼-二氧化矽反應性，因此這裡 不優選這些材料。
[0039] 可以設計砂漿漿料凝固溫度為約50-330°C，設計凝固溫度低於150°C，或設計凝 固溫度高於150°C。
[0040] 在一個實施方案中，可以由27. 7wt%的波蘭特水泥、13. 9wt%的地下水、55. 4wt% 的O-Imm沙子、I. 7wt%的緩凝劑和I. 3wt%的超增塑劑形成砂楽楽料。
[0041] 在一個特定的實施方案中，可以設計砂漿漿料和砂漿結構具有如下部分或全部特 徵：
[0042]

【權利要求】
1. 一種處理地下地層的方法，包括： 製備砂漿漿料，所述砂漿漿料設計用於凝固W形成具有低於地下地層裂縫閉合壓力的 壓縮強度的砂漿結構，所述砂漿漿料包含水泥材料和水； 在壓力下將所述砂漿漿料注入所述地下地層，所述壓力足W在所述地下地層中產生裂 縫； 在保持壓力高於所述裂縫閉合壓力的同時，使所述砂漿漿料凝固，在所述裂縫中形成 所述砂漿結構； 使壓力降低到所述裂縫閉合壓力W下；和 使所述裂縫中的砂漿結構碎裂，形成碎裂的砂漿結構。
2. 權利要求1的方法，其中還設計使所述砂漿漿料具有小於5, OOOcP的粘度。
3. 權利要求1的方法，其中還設計使所述砂漿漿料凝固W形成在粟停止後凝固時間超 過60分鐘的砂漿結構，和其中使所述砂漿漿料凝固包括在注射停止後等待至少60分鐘。
4. 權利要求1的方法，其中還設計使所述砂漿漿料凝固W形成具有高於所述地層的有 效約束應力的壓縮強度的可滲透砂漿結構。
5. 權利要求1的方法，其中還設計使所述砂漿漿料凝固W形成具有高於4, 000血-ft的 導流性的可滲透砂漿結構。
6. 權利要求1的方法，其中在使所述裂縫中的砂漿結構碎裂之前，所述砂漿結構包含 具有第一導流性的可滲透砂漿結構，和其中所述碎裂砂漿結構具有大於所述第一導流性的 第二導流性。
7. 權利要求6的方法，其中所述第二導流性高於2, 000血-ft。
8. 權利要求6的方法，其中所述第二導流性高於所述第一導流性至少2, 000血-ft。
9. 權利要求1的方法，其中還設計使所述砂漿漿料凝固和形成耐鹽性高於1%鹽水的 砂漿結構。
10. 權利要求1的方法，其中水和水泥材料的設計比為0. 2-0. 8。
11. 一種處理地下地層的方法，包括： 製備砂漿漿料，所述砂漿漿料設計用於凝固W形成具有高於lOmD-ft的導流性的可滲 透砂漿結構，所述砂漿漿料包含水泥材料、骨料和水； 在壓力下將所述砂漿漿料注入所述地下地層，所述壓力足W在所述地下地層中產生裂 縫；和 使所述砂漿漿料凝固，在所述裂縫中形成所述可滲透砂漿結構。
12. 權利要求11的方法，其中還設計使所述砂漿漿料具有小於5, OOOcP的粘度。
13. 權利要求11的方法，其中還設計使所述砂漿漿料凝固W形成在粟停止後凝固時間 超過60分鐘的可滲透砂漿結構，和其中使所述砂漿漿料凝固包括在注射停止後等待至少 60分鐘。
14. 權利要求11的方法，其中還設計使所述砂漿漿料凝固W形成具有高於所述地層的 有效約束應力的壓縮強度的可滲透砂漿結構。
15. 權利要求14的方法，其中設計使所述砂漿漿料凝固W形成具有高於20Mpa的壓縮 強度的可滲透砂漿結構。
16. 權利要求11的方法，其中還設計使所述砂漿漿料凝固和形成耐鹽性高於1 %鹽水 的可滲透砂漿結構。
17. 權利要求11的方法，其中水和水泥材料的設計比為0. 2-0. 8。
18. 權利要求11的方法，其中所述砂漿漿料的設計還包含沙子。
19. 權利要求18的方法，其中沙子和水泥材料的設計比為1-8。
20. 權利要求11的方法，其中所述砂漿漿料的設計還包含緩凝劑。
【文檔編號】E21B43/18GK104471188SQ201380032433
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年6月20日 優先權日:2012年6月21日
【發明者】M·J·法利納斯莫亞, E·R·方斯卡, A·H·黑爾, H·范塞爾斯特, G·L·M·M·維比斯特, G·J·L·范德維根 申請人:國際殼牌研究有限公司