專利名稱:將水壓入含粘土類礦物質(zhì)的蓄流質(zhì)巖石，特別是壓入由砂石、沙子、泥灰質(zhì)砂石所形成的 ...的制作方法
本發(fā)明涉及在含粘土類礦物質(zhì)的蓄流質(zhì)巖石中進(jìn)行的壓水的改進(jìn)方法，特別是在由砂石、砂子和泥灰質(zhì)砂石、蓄水巖石、地?zé)嵫h(huán)區(qū)所形成的碳?xì)浠衔飬^(qū)域中，以及在延伸到更大范圍的靠井附近的區(qū)域中進(jìn)行的壓水的方法。
眾所周知，在蘊(yùn)藏碳?xì)浠衔锏膸r石中，經(jīng)初次開(kāi)發(fā)之后，仍有相當(dāng)比率，60-75%左右的原始(地質(zhì))儲(chǔ)量未被開(kāi)發(fā)。為了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)剩余的碳?xì)浠衔?，尤其是石油，通常采用從蓄水區(qū)輸送流質(zhì)，或者，在大多數(shù)情況下，通過(guò)適當(dāng)開(kāi)鑿的井將流質(zhì)壓回。盡管已經(jīng)精心設(shè)計(jì)出了多種二次和三次的開(kāi)發(fā)方法，但是至今為止，已經(jīng)證明簡(jiǎn)單的再壓水(壓入水)的方法仍是使用得最多的方法，而且是最廉價(jià)的方案。從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看，這種方案是很優(yōu)越的，但是在某些情況下就技術(shù)上實(shí)現(xiàn)而言，必須考慮到困難，因?yàn)閴喝胨目赡苄韵喈?dāng)大地取決于蓄流質(zhì)巖石的特性和作為再壓水處理的蓄存水的質(zhì)量。在再壓水的第一階段(在實(shí)施之前已相當(dāng)細(xì)致地計(jì)劃的情況下)就已面臨著在技術(shù)文獻(xiàn)中幾乎沒(méi)有涉及過(guò)的問(wèn)題，即蓄流質(zhì)巖石與注入的水、相應(yīng)的水溶液之間的相容性的問(wèn)題，這種情況下不僅意味著再壓入的化學(xué)物質(zhì)由于吸附和降解而遭受損失的事實(shí)，而且還要考慮從巖石和流質(zhì)相遇的時(shí)刻算起，巖石的穩(wěn)定性、粘土類礦物質(zhì)的狀態(tài)和穩(wěn)定性，注入性能的保持，自然平衡(或準(zhǔn)平衡)的變化和破壞以及由此而造成的后果問(wèn)題。
大家還都知道，蓄流質(zhì)巖石，特別是常常含粘土類礦物質(zhì)砂子、泥灰質(zhì)砂子的砂石的滲透性總是依賴于其微孔結(jié)構(gòu)。然而粘土類礦物質(zhì)的存在使這個(gè)簡(jiǎn)單的情況復(fù)雜化，這是由于它們的化學(xué)和物理狀態(tài)主要依賴于離子環(huán)境，尤其是在溶脹性粘土類礦物質(zhì)的情況下，粘土類礦物質(zhì)不僅改變它們的微孔結(jié)構(gòu)，而且在水相發(fā)生離子交換過(guò)程中改變了它們的化學(xué)狀態(tài)。2∶1層結(jié)構(gòu)的礦物質(zhì)粘土具有溶脹能力，這意味著在C軸方向上晶格尺寸的增加或減少，而此變化又依賴于在粘土類礦物質(zhì)的層結(jié)構(gòu)中是哪種離子占有(結(jié)合)自由負(fù)電荷。如果粘土類礦物質(zhì)的顯著溶脹導(dǎo)致其分散，顯然，巖石的流體動(dòng)力學(xué)性能也必將受到不利的影響。
通過(guò)從這方面來(lái)分析問(wèn)題，可以說(shuō)除了某些氣體的再壓入過(guò)程(例如乙烷，富乙烷氣體等)，幾乎在所有情況下，吸附現(xiàn)象的控制和由于粘土類礦物質(zhì)溶脹和結(jié)構(gòu)破裂引起的有害的流體動(dòng)力學(xué)效應(yīng)的消除都應(yīng)省掉。眾所周知，我們不能單純地只涉及離子交換、吸附、分散或者是靜電分散，因?yàn)檫@些過(guò)程都是同時(shí)發(fā)生的，因而有利地調(diào)整它們可以產(chǎn)生各種各樣的效果。結(jié)果是，若我們談及粘土類礦物質(zhì)的變化和改性，似乎是統(tǒng)一地說(shuō)粘土效應(yīng)比較方便，而降低、控制(排除)其作用都可廣義地稱為抑制。
非常明顯，在所有流質(zhì)注壓的過(guò)程中，尤其是當(dāng)壓入水或水溶液的時(shí)候，在井周圍地帶的自然離子平衡將受到干擾;粘土類礦物質(zhì)也參與上述平衡狀態(tài)的干擾，而且在比較大的程度上，被壓入的水，相對(duì)粘土類礦物質(zhì)，越帶有體系原有的離子背景，相容性越差。鑒于此原因，在每個(gè)再壓過(guò)程之前仔細(xì)分析粘土類礦物質(zhì)和巖石-液體的自然平衡狀態(tài)是極其重要的。
本發(fā)明的目的就是要排除上述缺點(diǎn)，也就是改進(jìn)將水壓入含粘土類礦物質(zhì)的蓄流質(zhì)巖石(其中含碳?xì)浠衔飬^(qū)域)中的過(guò)程，與眾所周知的工藝過(guò)程相比，本方法的特點(diǎn)是有好得多的效果。
本發(fā)明的任務(wù)是在蓄流質(zhì)巖石與注入水或水溶液之間建立盡可能好的相容性。
本發(fā)明是以這樣的認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)的，就上述任務(wù)能夠全部解決而論，若分別控制了存在于蓄流質(zhì)巖石的粘土類礦物質(zhì)各種變化的活性，所謂粘土效應(yīng)的抑制即能實(shí)現(xiàn)。
上述任務(wù)通過(guò)應(yīng)用我們?cè)谇靶蛑兴f(shuō)明的工藝過(guò)程已得到解決，其特點(diǎn)在于，連續(xù)或斷續(xù)地將其中水合陽(yáng)離子直徑最好在0.13和0.15nm之間、配位數(shù)為12的化合物注入蓄流質(zhì)巖石，化合物最好是鉀、和/或銨、和/或鋯鹽，而且根據(jù)蓄流質(zhì)巖石的粘土含量，通過(guò)使用上述鹽的溶液，穩(wěn)定蓄流質(zhì)巖石，溶液濃度為0.1÷500g/l，較有利為0.1-300g/l，相對(duì)于以米為單位的巖石的豎直尺寸，溶液的用量為0.5-500m3，最好是50-3000m3。
為了簡(jiǎn)化技術(shù)，我們認(rèn)為以下作法有利，為穩(wěn)定蓄流質(zhì)巖石而注入的鉀、和/或銨、和/或鋯鹽的總量不是以一個(gè)恒定的濃度注入，而是以比例范圍為K+∶NH+4＝0.01÷500;K+∶Zro2+＝0.01-300;(K++NH+4)∶Zro2+＝0.01-300的上述離子的混合物注入，用連續(xù)或逐步地增加或減少的方式調(diào)整比例，在由兩個(gè)或兩個(gè)以上較小的塞子組成的循環(huán)中，使用或者不使用插入分隔流質(zhì)的塞子，連續(xù)或斷續(xù)地增加或減少濃度等級(jí)。
為達(dá)到提高產(chǎn)率的目的，我們這樣進(jìn)行，將為穩(wěn)定蓄流質(zhì)巖石而注入的鉀、和/或銨、和/或鋯的化合物與水蒸氣，或水蒸氣和有機(jī)化合物蒸氣的混合物，水蒸氣和/或氣體一起，用一個(gè)或多個(gè)塞子，以一恒定的和/或連續(xù)或逐步地增加和/或減少的濃度，連續(xù)或斷續(xù)地注入。
為了進(jìn)一步提高本工藝過(guò)程的產(chǎn)率，我們認(rèn)為以下做法有利，穩(wěn)定蓄流質(zhì)巖石的鉀、和/或銨、和/或鋯的化合物以水溶液和/或以水蒸氣相的形式，連續(xù)或斷續(xù)地，結(jié)合使用一個(gè)或多個(gè)水的和/或氣體/蒸氣的循環(huán)引進(jìn)蓄流質(zhì)巖石。
從按本發(fā)明的工藝過(guò)程來(lái)看，我們認(rèn)為以下做法是首選的，穩(wěn)定蓄流質(zhì)巖石的鉀、和/或銨、和/或鋯的化合物，用一個(gè)或多個(gè)注入塞子，通過(guò)使用或不用插入進(jìn)一步分隔流質(zhì)的塞子，以連續(xù)或逐步地增加或減少的濃度，在適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑或有機(jī)溶劑的混合物和/或有機(jī)和無(wú)機(jī)溶劑的混合物和/或適當(dāng)?shù)姆稚Ⅲw形式中，連續(xù)或斷續(xù)地被注入蓄流質(zhì)巖石。
不必詳細(xì)說(shuō)明抑制粘土效應(yīng)的全部機(jī)理或檢驗(yàn)因此可能產(chǎn)生的全部變化，我們認(rèn)為，且可證明，用將水相化合物引入粘土礦物質(zhì)的方法，有利地影響粘土效應(yīng)，相應(yīng)地減少粘土的分散作用以及因此而消除粘土效應(yīng)都是可能的，這是由于它們具有的水合離子直徑，高的配位數(shù)和水合能，能夠使其永久地嵌入溶脹的粘土類礦物質(zhì)的結(jié)構(gòu)穴道之中，這就改變了其結(jié)構(gòu)特性。為此目的，使用了具有0.13和0.15nm之間的水合直徑和配位數(shù)為12的陽(yáng)離子。眾所周知，交換處理時(shí)存在的離子，以及電荷的數(shù)目和位置首先限定了粘土類礦物質(zhì)的離子交換和吸附性能。如(SiO4)四面體始終表現(xiàn)四個(gè)外部負(fù)電荷。如果在交換過(guò)程中這些電荷被足夠多的陽(yáng)離子所抵消，那么就不可能有外來(lái)離子的打入。這種情況下，自然在C軸方向沒(méi)有結(jié)構(gòu)上的變化發(fā)生，因而也沒(méi)有溶脹現(xiàn)象。被固定的離子在層結(jié)構(gòu)中引起一個(gè)相當(dāng)強(qiáng)的“收縮”作用(Na+和Ca2+的配位數(shù)為6，但是K+和NH+4離子的配位數(shù)為12，因而后者被固定)，從而穩(wěn)定粘土結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的工藝過(guò)程的抑制粘土效應(yīng)的意義上，各種水溶性有機(jī)或無(wú)機(jī)鹽均可使用，只要在離解過(guò)程中它能保證提供用于抑制作用的適當(dāng)質(zhì)量和濃度的陽(yáng)離子。粘土效應(yīng)最好是以這種方式來(lái)抑制根據(jù)實(shí)驗(yàn)室初步實(shí)驗(yàn)的選擇，配制抑制鹽溶液，其后將其以0.05-0.7，最好是0.05-5孔體積(VP)的量壓入層結(jié)構(gòu)，隨后馬上壓水。使用的抑制鹽的濃度依賴于在抑制過(guò)程中所達(dá)到的離子固定程度，最好使用一標(biāo)準(zhǔn)溶液(最大5.0-最小0.01，最好是最大3.0-最小0.01)。
在用抑制劑處理的作用下，單位晶格在C軸方向上收縮，該結(jié)構(gòu)的聯(lián)接更加牢固，內(nèi)部水合水減少，整個(gè)巖石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提高，滲透性變得更穩(wěn)定，因而對(duì)再壓水能夠獲得有利的條件。因?yàn)殡S著粘土礦物質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生變化，不利于粘土類礦物質(zhì)溶脹條件得到促進(jìn)，不僅抑制粘土效應(yīng)的穩(wěn)定作用有益，而且最后離析出的殘留原油的粘附受到反復(fù)的驅(qū)動(dòng)也是有意義的。對(duì)于處在彼此橫向流動(dòng)關(guān)系的層狀構(gòu)造，可采用相同的闡述。
因此，本發(fā)明的工藝過(guò)程代表一個(gè)粘土效應(yīng)的抑制過(guò)程，借助于這個(gè)過(guò)程，流質(zhì)壓入蓄流質(zhì)巖石，特別是壓入含粘土類礦物質(zhì)的和由砂石、砂子、泥灰質(zhì)砂石構(gòu)成的碳?xì)浠衔飬^(qū)域，而且尤其是壓入水、化學(xué)物質(zhì)的水溶液;注壓井的注入性能是這樣得到顯著改進(jìn)的，在注壓前和/或壓入水或水溶液的同時(shí)，將在其中溶解的具有0.13到0.15nm水合直徑和配位數(shù)高的一價(jià)或多價(jià)陽(yáng)離子或者陽(yáng)離子的混合物引進(jìn)蓄流質(zhì)巖石，借此，在離子交換過(guò)程中使抑制離子嵌入或固定在2∶1層結(jié)構(gòu)中，這樣就使粘土類礦物質(zhì)的晶格尺寸在C軸方向上減小，內(nèi)部吸附能力降低，制止了離子交換并穩(wěn)定了粘土類礦物質(zhì)，同時(shí)結(jié)合了表面的自由負(fù)電荷;作為全部上述過(guò)程的總結(jié)果，使由于溶脹和靜電影響而導(dǎo)致的粘土類礦物質(zhì)的分散作用停止。也穩(wěn)定了蓄流質(zhì)巖石和多孔體系的滲透性，借此能夠壓入水、水溶液，改進(jìn)了可注壓性，擴(kuò)大了受水溶液作用的蓄流質(zhì)區(qū)域，改善了采出效率，進(jìn)而由于處理的結(jié)果，降低了開(kāi)采區(qū)域的不均勻性。
按照本發(fā)明的工藝過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)如下-進(jìn)入結(jié)構(gòu)穴道的水合離子直徑為0.13到0.15nm和配位數(shù)為12的陽(yáng)離子，在2∶1層結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定了可溶脹的粘土類礦物質(zhì);
-由于內(nèi)部嵌入的抑制陽(yáng)離子，可溶脹粘土類礦物質(zhì)在C軸方向上收縮，但是改善了巖石的滲透性，穩(wěn)定了巖石結(jié)構(gòu)，停止了粘土分散并不會(huì)引起新的有害的不均勻性;
-使用市場(chǎng)上便利的材料，通過(guò)注入稀水溶液，對(duì)粘土類礦物質(zhì)的上述處理能夠廉價(jià)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，如果需要清除被固定離子污染的表面水，粘土類礦物質(zhì)的自由交換能力能夠服務(wù)于此，而且仍能保證象前面所說(shuō)的優(yōu)越的粘土處理;
-選擇使用離子混合物，能通過(guò)化學(xué)品的質(zhì)量和抑制陽(yáng)離子的使用濃度很好地控制粘土類礦物質(zhì)的適當(dāng)處理程度(在完成固定和離子交換很少之間);
-粘土效應(yīng)的抑制不需要在水的再壓之前實(shí)施，它能在操作過(guò)程中實(shí)施，更進(jìn)一步，它不需要以恒定濃度的溶液進(jìn)行操作;它不需要保持恒定的混合物離子比例，當(dāng)使用分隔濃度等級(jí)的塞子時(shí)，操作人員能夠根據(jù)巖石所需要的處理范圍以更靈活的方式進(jìn)行工作。
權(quán)利要求
1.在含粘土類礦物質(zhì)的蓄流質(zhì)巖石中，特別是在由砂石、砂子和泥灰質(zhì)砂石、蓄水巖石、地?zé)嵫h(huán)區(qū)所形成的碳?xì)浠衔飬^(qū)域中，在延伸到更大范圍的靠井附近的區(qū)域中進(jìn)行的改進(jìn)的壓入水的工藝過(guò)程，其特征在于，連續(xù)或斷續(xù)地將其中水合陽(yáng)離子直徑最好在0.13和0.15nm之間、配位數(shù)為12的化合物注入蓄流質(zhì)巖石，該化合物最好是鉀、和/或銨、和/或鋯鹽，而且根據(jù)蓄流質(zhì)巖石的粘土含量，通過(guò)使用上述鹽的溶液穩(wěn)定蓄流質(zhì)巖石，溶液濃度為0.1-500g/l，較有利為0.1-300g/l，相對(duì)于以米為單位的巖石的豎直尺寸，溶液的用量為0.5-500m3，最好是50-3000m3。
2.權(quán)利要求
1的工藝過(guò)程，其特征在于，為穩(wěn)定蓄流質(zhì)巖石而注入的鉀、和/或銨、和/或鋯鹽的總量不是以一個(gè)恒定的濃度注入，而是以比例范圍為K+∶NH+4＝0.01-500;K+∶Zro2+＝0.01-300;(K++NH+4)∶Zro2+＝0.01-300的上述離子的混合物注入，用連續(xù)或逐步地增加或減少的方式調(diào)整比例，在由兩個(gè)或兩個(gè)以上的較小的塞子組成的循環(huán)中，使用或者不使用插入分隔流質(zhì)的塞子，連續(xù)或斷續(xù)地增加或減少濃度等級(jí)。
3.權(quán)利要求
1或2的工藝過(guò)程，其特征在于，將為起穩(wěn)定作用而注入蓄流質(zhì)巖石的鉀、和/或銨、和/或鋯的化合物與水蒸氣、或水蒸氣和含有機(jī)化合物的蒸氣、水蒸氣和/或氣體一起，用一個(gè)或多個(gè)塞子，以一恒定的和/或連續(xù)或逐步地增加和/或減少的濃度，連續(xù)或斷續(xù)地注入。
4.權(quán)利要求
1到3的任何之一的工藝過(guò)程，其特征在于，穩(wěn)定蓄流質(zhì)巖石的鉀、和/或銨、和/或鋯的化合物以水溶液和/或以水蒸氣相的形式連續(xù)或斷續(xù)地，結(jié)合使用一個(gè)或多個(gè)水的和/或氣體/蒸氣循環(huán)引進(jìn)蓄流質(zhì)巖石。
5.權(quán)利要求
1或2的工藝過(guò)程，其特征在于，穩(wěn)定蓄流質(zhì)巖石的鉀、和/或銨、和/或鋯的化合物，用一個(gè)或多個(gè)注入塞子，通過(guò)使用或不用插入進(jìn)一步分隔流質(zhì)的塞子以連續(xù)或逐步地增加或減少的濃度，在適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑或有機(jī)溶劑的混合物和/或有機(jī)和無(wú)機(jī)溶劑的混合物和/或適當(dāng)?shù)姆稚Ⅲw形式中連續(xù)或斷續(xù)地被注入蓄流質(zhì)巖石。
6.權(quán)利要求
1到5中任一項(xiàng)所述的工藝過(guò)程，其特征在于，鉀、和/或銨、和/或鋯的化合物是在對(duì)再壓水的予備凈化處理(作為水的準(zhǔn)備工作的一部分，是通過(guò)水中所含的Na+、Ca+和Mg2+離子的交換實(shí)現(xiàn)的)的技術(shù)步驟被引進(jìn)水中，其后，使用這樣配制的溶液，可再加入或不加入鉀、和/或銨、和/或鋯的化合物，對(duì)蓄流質(zhì)巖石進(jìn)行處理。
專利摘要
在含粘土類礦物質(zhì)的蓄流質(zhì)巖石中壓入水的改 進(jìn)方法，是將具有水合陽(yáng)離子直徑為 0.12～0.15nm，配位數(shù)為12的化合物連續(xù)或斷續(xù)地 引入蓄流質(zhì)巖石，所說(shuō)的化合物最好是鉀、和/或銨、 和/或鋯的鹽；而且根據(jù)蓄流質(zhì)巖石的粘土含量，使 用上述鹽溶液，溶液濃度為0.1-500g/l，最好為 0.1-300g/l，相對(duì)于用米表示的巖石豎直尺寸其用 量為0.5-5000m
文檔編號(hào)C09K8/60GK86105351SQ86105351
公開(kāi)日1987年3月4日 申請(qǐng)日期1986年8月28日
發(fā)明者桑多爾·多利施爾, 吉奧吉·加爾, 米克洛斯·克里斯托夫, 吉奧拉·米利, 蒂伯爾·帕爾, 約瑟夫·帕帕, 安塔爾·茨塔爾, 吉薩·尤德瓦爾迪 申請(qǐng)人:匈牙利碳?xì)涔I(yè)研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan