专利名称：抑制到或从井筒的流体连通的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种抑制到或从地下地层井筒的流体连通的方法，以及一种用于井筒的井内流体。
背景技术：
在地下地层中钻井和操作期间，存在许多需要抑制井下流体连通的情况。
例如，从烃油或气井中产出的流体通常包含大量的水。这里的术语水习惯上还包括盐水。所述水的水源可为从含烃储层附近地层突入的地层水或者从地面注入地层的水。
产出流体中的水降低了油或气井的举升能力，并且一旦产出，所述水会成为环境问题。通常，产出流体的含水量会随着井的年龄而增加，并且在某些阶段又需要对所述井进行处理以便产出较少量的水。
一种类似的作业是抑制通过井筒周围地层内的裂缝所产生的流体连通。裂缝可使钻井液不希望地漏入周围地层，因而需要封闭通过裂缝所产生的流体连通。
其它需要抑制井下流体连通的情况会在井筒套管泄漏的情况下出现，例如当套管后面具有空腔或当金属套管与周围水泥之间存在空隙或环状空间时。这些情况将在此之后称之为水泥不规则。
在需要封闭情况的示例中，地下地层由多个层叠的储油层构成，井筒穿过地层延伸并在所有储油层处具有射孔孔眼。在生产一段时间之后，对测井、油藏和生产数据的研究显示了一些油层仍具有高的含烃饱和度而其它油层已经被水波及到。因此需要选择性地抑制井筒与水波及地层之间的流体连通。
这不是一项直接的任务。申请人已经在如下情况下面临了这一问题在相对较大的井筒套管(直径为7″＝18cm)利用较小的管柱(直径为3.5″＝9cm)、并在较高的井底温度(≥110℃)、不同层之间具有较高的压差(达到3000psi＝21MPa)下的完井是复杂的。
在如此高的压差下，常规的水泥封闭不是一种可行的选择。
如果其它选择在本领域是可行的，显然仅有那些很复杂的机械选择是可行的。
一种机械选择将是设置具有多区的选择性完井段。这将暗示首先要将现有完井段即井下管柱和设备的组件移走。之后，要设置选择性的完井段，其中利用封隔器部件将所有相关层隔离，以便能够通过阀来控制从这些区域中的某一区域进行开采。
另一种常规的机械选择为在现有的射孔段上方的衬管内注水泥以封闭所有射孔孔眼与井筒之间的流体连通，随后对含烃区域进行再射孔。此外，这需要去除所有现有的完井段。
所有这些机械选择都是费钱和费时的，因为在每一种情况下都首先要将现有的完井段去除，从而在现场需要钻机。
公开号为EP1369401的欧洲专利申请披露了用于井筒内的密封合成物，该合成物包括水、胶结材料和水溶性可交联材料如丙烯酸2-羟乙酯单体(2-hydroxyethyl acrylate monomer)或丙烯酰胺与t-丙烯酸丁酯(t-butyl acrylate)的共聚物。这种密封合成物能够比常规的水泥承受更高的压差(最大的回流压力)。所述合成物能够通过现有的完井段进入井筒中。通过施加挤注压力，可交联材料与水渗入井筒周围地层一段距离并在那儿进行交联。水泥在与井筒的交界面处停留并在此处进行凝固。已知的密封合成物相对难于制备和处理并在作业中需要专门的技能。例如在井筒流体或井内局部热区域的影响下水泥能够在管或井筒内凝固，并且将挠性管或生产油管内凝固的水泥移走是非常昂贵的。此外，在注水泥之后需要利用粘稠的盐水将过量的水泥循环出。这将使整个油井完井段暴露在盐水-水泥的混合物中，这种混合物将会对油井内的关键部件如气举阀和偏心工作筒造成潜在的污染。
美国专利申请US3525398公开了一种用于密封可渗透地层内裂缝的方法，其中粒状可变形的固态树脂的触变性悬浮液被注入到所述裂缝中，并且所述颗粒在压力作用下发生变形从而在裂缝内形成基本不可渗透的隔层。另一种在裂缝内提供液体密封的物理方法可从美国专利US3302719中得知，其中，将固态聚合物/蜡/树脂颗粒在压裂过程中注入以形成暂堵，其随后可被地层烃类所溶解。然而另一种提供地下液体密封的物理方法可从国际专利申请公开文献WO 01/74967中得知，其中形成凝胶的聚合物被注入循环漏失区并在此处膨胀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种抑制井筒与周围地层之间的流体连通的改进了的方法。
本发明的另一目的在于提供一种适用于这一改进方法的特殊的井内流体。
为此，提供一种用于抑制到或从地下地层内井筒的流体连通的方法，所述方法包括-提供一种包括载液内的固体颗粒的井内流体，所述固体颗粒包括活性聚合物；-将所述井内流体注入井筒以便载液穿过井筒与其周围地层之间的界面，所述颗粒在所述界面处聚积；并且-使所述聚合物形成抑制通过界面的流体连通的固体塞。
还提供一种用在井筒内的井内流体，所述井内流体包括载液内的固体颗粒，所述固体颗粒包括活性聚合物。本发明还涉及这种井内流体在井筒内的使用，尤其是用于抑制界面处的流体连通。
本发明是基于申请人的观察而获得的，载液内的固体聚合物颗粒形成一种用在井筒内的、特别容易处理的密封合成物。标准的砾石充填混合装置足以用于制备所述井内流体。就像制备复杂的多成分的水泥混合物那样所需的专门的水泥混合器不是必需的。由于不存在灰尘成分，因而本发明为操作员提供了一种更加安全的系统。
术语聚合物塞包括沿着所述界面形成的聚合物层。使所述活性聚合物进行反应以便形成固体塞。适宜地是，所述聚合物塞不能被油藏流体所溶解。由活性聚合物形成的聚合物塞比常规的密封系统能够承受更高的压差，如21MPa甚至更高。根据聚合物的机械特性，无限制的聚合物耐压强度可高达50MPa或更高。例如，可使用盐水或烃类流体(如柴油)作为载液。
所述颗粒为固体，适宜地是在地面条件下没有粘性。对于特定的应用可对化学和物理性质进行适应性选择。可优选地是，所述颗粒包含至少50wt％的聚合物或聚合物合成物，更加优选地是至少90wt％，最优选地是它们仅仅含有聚合物或聚合物合成物。
将所述载液挤入地层以便所述固体颗粒聚积在所述界面处。为此，优选对所述颗粒的尺寸进行选择以便它们到达所述界面而不会显著地进入地层，适宜地是所述尺寸小于10cm，优选小于2cm，通常约为1cm或更小。当所述界面被从井筒伸入地层的射孔孔眼形成时，所述颗粒在1mm到2cm之间的范围内适宜地具有最小的线性尺寸。当所述界面由裂缝构成时，所述最小的线性尺寸适宜在500微米到2cm之间。为了补救水泥不规则，颗粒要适宜地小，在1-200微米的范围内。还可对所述颗粒的形状进行适宜地选择，如通常为球形、柱形或立方形，但还可以是不规则的。
所述颗粒聚积在所述界面处，并且不像现有的密封合成物的水溶性可交联的物质那样，所述颗粒不能渗入地层以便在固化之后直接在所述界面处形成固体层或塞。这种界面处的固体层具有如下优点如果需要，通过标准的射孔技术可直接和选择性地再次恢复流体连通。另外，也即如果所述密封在深入地层某一距离的地方形成，再射孔可能会成为问题。界面处的固体层的另一优点为可产出的烃被闭锁在某一位置的风险被消除了。
已知的可固化聚合物或聚合物合成物如酚醛树脂合成物、聚脂树脂合成物、环氧树脂合成物或聚亚安酯合成物可被用作活性聚合物颗粒。适宜地是，可固化的合成物包括至少两种不同的化合物，如活性聚合物链和交联剂或硬化剂，通常所述化合物发生交联反应以形成(交联的)聚合物网。每种活性聚合物颗粒适宜包含两种化合物。
界面处的温度通常会高于地面的温度。含油储层的温度通常在110到180摄氏度之间，如150摄氏度。仅通过使活性聚合物处于界面温度足够长的时间(如1-24小时)就能够使其进行反应。交联适宜地出现在颗粒内和颗粒之间以便形成细微的密封结构。
根据特定活性聚合物在升高的温度下反应的速度，在将活性聚合物颗粒注入之前需要将冷却液注入井筒，例如为了使所要密封界面附近井筒内的温度降低20-50开氏绝对温度(Kelvin)。以这种方式可使聚合物颗粒不会过早地在沿着井筒向下到达界面处的通道内反应。
另一种选择是对活性聚合物进行选择以便为了发生所述反应需要额外地加热到高于界面处地层温度。在这种情况下，一种合适的加热器例如悬挂在电缆上的电加热器可被用在井筒内以便使所述反应发生。此外，利用加热液如热盐水对界面的预冲洗可被用于局部地和暂时地加热地层。
选择聚合物颗粒和载液的相对密度以使所述颗粒的密度约等于或高于或低于载液的密度。适宜地是，环境温度下的密度可为500kg/m3或更高，但是不能超过1500kg/m3。相同密度的颗粒将会浮在所述液体中以便获得相对稳定的悬浮液，所述悬浮液能够在地面容易地进行处理。更高密度的颗粒将会具有这样的效果即不能聚积在界面的过量颗粒将会自动地沉积在井筒底部。另一方面，当所述颗粒比所述液体轻时，过量的颗粒将易于向上浮到表面，从而将它们除去。
本发明还提供一种用于井筒内的井内流体，所述井内流体还包括载液内的固体颗粒，所述固体颗粒包括活性聚合物。这种井内流体(处理液)能够有效地和可靠地密封射孔孔眼、以及裂缝和其它井筒与地层之间的流体可渗透界面。可优选地是，井内流体的活性聚合物包括环氧树脂合成物，所述环氧树脂合成物包含环氧树脂、固化剂、以及可选的促凝剂、催化剂和/或填充物质。
现在，将结合附图对本发明的实施例进行更加详尽的描述，其中图1-4示出了在伸入分层储层的井筒内实施本发明所述方法的多个阶段；以及图5示出了用于测试本发明的示意性的测试容器。
在不同附图中所用的相同附图标记表示相同或相似的对象。
具体实施例方式
参看图1，图1示出了从地面(未示出)延伸入地层4的井筒1的下部分。在该示例中所述地层是分层的。层6和7含有烃油，层8含有水。层6、7、8由边界或不可渗透的层10、11隔离。井筒1具有由金属套管柱构成的套管14，套管14与井筒1的井壁之间的环空15充满水泥。井下完井段由伸到地面的油管16和封隔器18标识出。
流体通过射孔孔眼20、21、22按照箭头所示的方向从层6、7、8进入井筒1并通过油管16被采到地面。这种流体含有油23和从层8流出的大量的水24。需要密封住从含水层8流出特别是通过射孔孔眼21流出的水，所述射孔孔眼21形成在井筒与含水层之间的界面处。
为此参看图2，首先穿过油管16将挠性管25下入，并通过挠性管25将冷却液27注入井筒1，该流体由此在地层6、7、8内流动一段距离。冷却液可为含有2wt％KCL的水。注入的体积和速率可根据温度模拟来确定。通常可以1-5bbls/min(0.159-0.795m3/min)的速率将200-2000bbls(31.8-318m3)的冷却液注入地层，以便使界面处的温度下降20-50开氏绝对温度(kelvin)。
参看图3，在停止注入冷却液之后，立即将一种特殊的井内流体28通过挠性管泵入井筒。根据本发明，所述井内流体包括悬浮在载液内的固态活性聚合物颗粒29。所述颗粒的浓度在总井内流体的1-50wt％之间，所述颗粒的尺寸在0.1mm与5cm之间。对于球形颗粒来说，所述颗粒的尺寸为不同颗粒的加权平均直径。对于不同形状的颗粒来说，沿各个线性方向的颗粒最大范围可被确定并且最小的线性尺寸可被确定为所述最大范围中的最小的，并且总的颗粒尺寸为不同颗粒的最小线性尺寸的加权平均值。
一种合适的活性聚合物(合成物)包括环氧树脂和交联剂，这两种物质均包含在同一颗粒内。
至少一部分载液通过射孔孔眼20、21、22流入地层6、7、8，所述载液同样为含有2wt％KCL的水。由于它们尺寸的原因，活性聚合物颗粒将不会渗入地层并将会在井筒与地层之间的界面处在射孔通道内聚积。这会由于降低了注入能力而导致压力增加从而会在地面被注意到。注入会适宜地持续到获得了最大的地面压力。将压力(被称为过平衡)维持一段时间，如2-16个小时。在此期间，所述界面处的温度再次增加到接近通常的地层温度。选择活性聚合物合成物以便在这一温度增长情况下发生反应。合适地是，地表温度下以及注入期间颗粒向下流入井筒过程中的温度下的反应速度可被忽略。在形成固体塞的固化反应开始之前，在升高的温度下会发生固体颗粒的某些软化。优选地是聚合物的玻璃化转变温度在反应之后高于密封界面处的环境温度。固化的聚合物基本上是不可变形的。
在地层温度下，在颗粒内和相邻的颗粒之间会发生交联，以便在界面处形成堵塞或聚合物的密封层31。选择在升高的温度下能够软化的合适的颗粒以便它们能够互相紧密接触从而形成良好的粒间结合。在固化之后所述聚合物膨胀以形成更好的密封也是可能的。一种胀大的聚合物仍被认为是一种固态聚合物。
在活性聚合物固化以后，射孔孔眼20、21、22被封住以便井筒与层6、7、8间流体连通被抑制住。收回所述挠性管并利用本领域已知的技术通过油管16对储油层6、7选择性地进行再射孔。
所述结果在图4中示出。油23通过新射孔孔眼35、36从层6、7流入，并且从层8产出的水通过界面处的密封层31而被抑制住。
显然，如果颗粒向井筒中的注入及在界面处的积聚远快于所进行的反应，则可不需要冷却步骤。
在优选实施例中，所述活性聚合物为环氧树脂混合物。环氧树脂混合物通常包括环氧树脂、交联剂或固化剂、可选择地还有促凝剂、催化剂和/或填充材料。对于这一混合物中的每一组分，许多合适的物质在本领域是公知的。
环氧树脂为含有多于一个环氧基的分子。环氧树脂的两种主要类别可为相区别的缩水甘油基环氧树脂(glycidyl epoxy)和无缩水甘油基环氧树脂(non-glycidyl epoxy)。缩水甘油基环氧树脂还可被分为缩水甘油醚、缩水甘油酯和缩水甘油胺。所述无缩水甘油基环氧树脂为脂肪族的或脂环族的环氧树脂。通过合适的二羟基化合物、二元酸或二胺与环氧氯丙烷的缩合反应可制得缩水甘油基环氧树脂。无缩水甘油基环氧树脂可通过烯烃双键(olefinic double bond)的过氧化反应而制得。
合适的和普通的缩水甘油醚环氧树脂为双酚-A的二环氧甘油醚(diglycidyl ether)(DGEBA)和酚醛环氧树脂。双酚-A的二环氧甘油醚(DGEBA)可在具有碱性催化剂时通过使双酚-A与环氧氯丙烷反应而合成。DGEBA树脂的性质取决于构成树脂链的重复单元的数量，也称作聚合度。通常在许多商业产品中所述数量在0到25之间。
其它合适的环氧树脂为酚醛环氧树脂，其为可溶可熔酚醛树脂的缩水甘油醚。酚与甲醛在酸性催化剂的作用下过度反应以生成可溶可熔酚醛树脂。酚醛环氧树脂可通过使可溶可熔酚醛树脂与环氧氯丙烷在氢氧化钠作为催化剂的情况下进行反应而被合成。酚醛环氧树脂通常含有多个环氧基。每个分子的环氧基数量取决于在开始的可溶可熔酚醛树脂中酚式羟基的数量、它们反应的程度和合成期间低分子种类聚合的程度。多个环氧基使得这些树脂获得了高的交联密度，其导致了极好的耐温性、耐化学性和耐溶性。除此之外，酚醛环氧树脂还表现出了升高的温度下的非常好的性能、良好的模塑性和机械性能。
另一种合适的环氧树脂也可被使用，如基于邻甲酚(orto-cresol)而不是双酚-A的环氧树脂。
所述的固化过程为化学反应，其中，环氧树脂中的环氧基与固化剂(硬化剂)反应以形成高度交联的三维网状。为了将环氧树脂转化为刚性物质，必须利用硬化剂将所述树脂固化。根据固化剂的选择，环氧树脂能够在5-160℃的任意实际温度下快速地、容易地固化。所述合成物适于在需要密封的位置处的温度下进行固化，特别是高于50℃，优选在80℃到150℃之间。
用于环氧树脂的多种固化剂在本领域是公知的。用于环氧树脂的普通固化剂包括胺、聚酰胺、酚醛树脂、酐、异氰酸盐和聚硫醇。固化系统的固化动力(cure kinetics)和Tg依赖于硬化剂的分子结构。树脂和硬化剂的选择依赖于应用和所需的性质。环氧树脂—硬化系统的化学计量法还影响了被固化物质的性质。
胺是用于环氧树脂固化的最普通的固化剂。一级胺和二级胺与环氧树脂高度反应。三级胺一般用作催化剂，通常称作用于固化反应的促凝剂。过量催化剂的应用会获得较快的固化，但是常常会消耗工作寿命和热稳定性。催化剂的催化活性影响最终被固化聚合物的物理性质。
环氧树脂还可利用酚硬化剂进行固化。促凝剂的使用优选用于发生完全固化。
本发明的合适的环氧树脂合成物还可基于液态环氧树脂，其可与固化剂混合并用于承受不完全的固化反应从而形成用于注入井筒的具有环氧树脂的固态聚合物。固体颗粒在暴露于界面处合适的温度之后，通过进一步与固化剂反应，所述固体颗粒还能够被进一步固化。例如，液态环氧树脂可为环氧基含量为5500-5700mmol/kg的酚醛环氧树脂。另一示例为环氧基含量为5000-5500mmol/kg的中等粘度的双酚-A/环氧氯丙烷树脂，如所公知的EPIKOTE 828材料。两种情况下的固化剂可为二乙基甲苯二苯胺(di-ethyl-toluene-di-aniline)。
合适的合成物还可基于粉末涂层环氧树脂成分，如EPIKOTE1001或者3003，或者基于高温粉末涂层成分。EPIKOTE为市售的分解性能产品(Resolution Performance Product)物质。
可将填充物质添加到环氧树脂合成物中以降低成本、限制固化后的收缩、限制固体颗粒的粘附特性、和/或控制颗粒的密度。碳酸钙、硅、或玻璃球可用作合适的填充物质。
示例本发明已经在所谓的封堵实验中进行了测试。参考图5，渗透率为500毫达西(milliDarcy)的贝雷砂岩的柱状岩心50被固定在钢制容器53内，该钢制容器53可被放置在烘炉(未示出)内。在岩心50的一个表面上钻有一个小的射孔孔眼60。岩心的外径和高度都为5cm，并且射孔孔眼的直径为0.8cm、深度为1em。利用环氧树脂65对射孔孔眼60之外和与表面55相对的表面63之外的岩心表面进行液封。制备不具有填充物质的粉碎了的高温环氧树脂涂层粉末在2％的KCl盐水中悬浮液，其中颗粒的尺寸低于1mm并且固体的重量百分比为20％。以0.5-1bar的压力将所述悬浮液挤入射孔扩眼。使所述合成物在150℃下固化48小时以在射孔孔眼60内和岩心50与射孔孔眼60之间的界面区域68处形成固体塞。之后，通过将180bar的液体压力(盐水)在150℃下由开口70压入表面63来确定所形成的渗透率。所形成的渗透率(恢复的渗透率)为岩心原始渗透率的0.02％。在另一实验中，将粉末悬浮液以25bar的压力挤入射孔孔眼并以同样的方式固化和测试。虽然切割经过处理的岩心表明在较高的压力下所述塞70深入岩心的深度比在较低的压力下要深，但是恢复的渗透率与第一个实验类似。
权利要求
1.一种抑制到或从地下地层内井筒的流体连通的方法，所述方法包括-提供包括载液内的固体颗粒的井内流体，所述固体颗粒包括活性聚合物；-将所述井内流体注入井筒以使载液穿过井筒与其周围地层之间的界面，所述颗粒在所述界面处聚积；并且-使所述聚合物形成抑制通过界面的流体连通的固体塞。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的界面由包括地层内的射孔孔眼、地层内的裂缝、金属套管与地层之间的水泥不规则的组内的一种构成。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述聚合物为热固性聚合物合成物，例如从包含酚醛树脂合成物、聚脂树脂合成物、环氧树脂合成物和聚亚安酯合成物的组中选择出的聚合物合成物。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述聚合物为环氧树脂合成物，其包括环氧树脂、固化剂、以及可选的促凝剂、催化剂和/或填充物质。
5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于在将具有活性聚合物颗粒的井内流体注入之前将一种冷却液注入井筒。
6.如权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于在将具有活性聚合物颗粒的井内流体注入之前将一种加热液注入井筒。
7.如权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于随后对所述地下地层进行选择性地再射孔。
8.一种用在井筒内的井内流体，所述井内流体包括载液内的固体颗粒，所述固体颗粒包括活性聚合物。
9.如权利要求8所述的井内流体，其特征在于所述活性聚合物包括环氧树脂合成物，所述环氧树脂合成物包括环氧树脂、固化剂以及可选的促凝剂、催化剂和/或填充物质。
全文摘要
一种抑制到或从地下地层内井筒流体连通的方法，所述方法包括提供一种包括载液内的固体颗粒的井内流体，所述固体颗粒包括活性聚合物；将所述井内流体注入井筒以便载液穿过井筒与其周围地层之间的界面，所述颗粒在所述界面处聚积；并且使所述聚合物形成抑制通过界面的流体连通的固体塞。本发明还提供一种用作井筒内的井内流体，所述井内流体包括载液内的固体颗粒，所述固体颗粒包括活性聚合物。
文档编号C09K8/04GK1918361SQ200580004655
公开日2007年2月21日 申请日期2005年2月10日 优先权日2004年2月12日
发明者J·D·博萨尔特斯, G·J·M·范艾登, M·J·朗斯 申请人:国际壳牌研究有限公司