專利名稱：穩(wěn)定未膠結地層的方法
技術領域：
油氣井(hydorcarbon well)通常位于包含未膠結顆粒(例如，沙、礫石、支 撐劑、細粒等)的地層中，這些未膠結顆?？梢赃w移出地層進入井筒和/或可以 與油、氣體、水、和/或其它由井產(chǎn)生的流體一起產(chǎn)生。產(chǎn)出液中不期望存在 這種顆粒，因為這些顆?？赡苣ノg泵送設備及其它設備和/或降低來自井的所 需液體的產(chǎn)量。此外，尤其是，移入井筒的顆粒(例如，在下套管井段中的套 管和/或孔眼內(nèi)部)可能阻塞井筒部分，阻礙來自井的所需液體的生產(chǎn)。這里所 定義的術語"未膠結顆粒"及其衍生詞包括松散顆粒，以及以不充分的結合 強度結合的顆粒，所述結合強度不足以經(jīng)得起由通過地層的流體流所產(chǎn)生的 力，這可能導致顆粒在地層內(nèi)移動或遷移和/或移動或遷移入其中的空隙中。 未膠結顆?？梢园绕涫?，地層中的沙、礫石、細粒和/或支撐劑顆粒， 例如，在壓裂或礫石填充作業(yè)過程中位于地層中的支撐劑顆粒。這里所定義 的術語"未膠結地層"、"地層的未膠結部分"以及它們的衍生詞包括含有未 膠結顆粒(這里定義了該術語)的任何結構。這里所使用的諸如"未膠結地層" 和"地層的未膠結部分"的那些術語包括地下裂縫，其中未膠結顆粒存在于 裂縫空隙內(nèi)(例如，在裂縫內(nèi)部形成支撐劑充填層)。
一種控制地層中未膠結顆粒的方法包括在靠近井筒處設置含有礫石(例 如，"礫石充填")的過濾層，從而為所需流體的制備提供未膠結顆粒輸送的物 理障礙。通常，這種"礫石充填作業(yè)"包括將一定量的顆粒泵送并且放置在 位于鄰近井筒區(qū)域的未膠結地層中。礫石充填作業(yè)的一種普遍類型包括在井 筒中放置一篩網(wǎng)，并且用礫石填充篩網(wǎng)和井筒之間的圍繞環(huán)隙，所述礫石具 有用于防止地層沙通過的大小。篩網(wǎng)通常是用于保持礫石填充作業(yè)期間所放
置礫石的過濾組件。為了適應所使用礫石填充沙的特征，可以使用各種大小 和篩網(wǎng)結構。同樣地，為了適應地層中未膠結顆粒的特征，可以使用各種大 小的礫石。為了安裝礫石充填，通過用液體混合礫石從而以泥漿形式(通常使 其增粘)將礫石運送至地層。 一旦將礫石置于井筒中，工作液的粘度就會降低， 并且其回到地表。所得結構為從地層中移動沙粒提供了屏障，同時仍然容許 液體流動。
然而，這種礫石填充法的使用可能存在問題。例如，安裝礫石充填既費 時又費錢。由于所需的時間和費用，有時期望放置無礫石篩網(wǎng)。然而，甚至 在實際上放置無礫石篩網(wǎng)的情形中，由于地層沙粒趨向于具有廣泛的粒徑分 布，所以經(jīng)常難以確定所使用的適當篩網(wǎng)尺寸。當容許少量沙粒流過篩網(wǎng)時， 地層侵蝕成為重要憂患。結果，為了保證控制地層沙粒，常常必須放置礫石 以及篩網(wǎng)。近年來，已經(jīng)開發(fā)并且運用了可膨脹沙篩。作為安裝的一部分， 可膨脹砂篩可以為了控沙的目的，相對于井筒、下套管井或裸眼膨脹而無需 礫石填充層。然而，可膨脹篩網(wǎng)仍然可能呈現(xiàn)出諸如篩網(wǎng)侵蝕和篩網(wǎng)堵塞的 問題。
用于控制未膠結地層中顆粒的另一種方法包括通過向地層中施加膠結劑
(例如，樹脂或增粘劑)以將未膠結顆粒膠結為穩(wěn)定、可滲透的物質(mass)。這 些穩(wěn)定、可滲透物質中的顆?？梢砸宰銐虻慕Y合強度結合，從而能經(jīng)得起由 通過地層的流體流動所產(chǎn)生的力和/或阻止移動或遷移，但是仍然可以容許通 過該物質孔隙空間的流體(一種或多種)流動。這通常通過以下方法來實現(xiàn)預 清洗地層的未膠結部分，施加可硬化樹脂組合物，施加隔離液，施加外部催 化劑以使樹脂固化，并且施加后沖洗液以從該地層部分的孔隙空間中除去過 量樹脂。然而，傳統(tǒng)膠結技術常常導致處理中使用的膠結劑、預沖洗液、后 沖洗液、和/或其它組分在地層中的滲透深度受限制或者不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及用于處理地層的方法和組合物。更具體地，本發(fā)明涉及穩(wěn)定 地層的未膠結部分的方法。
在一個具體實施方案中，本發(fā)明提供了一種方法，其包括沿井筒在地
層的未膠結部分產(chǎn)生或加深至少兩條槽，其中這些槽沿井筒的內(nèi)表面彼此以
約180度設置；將膠結劑引入地層的未膠結部分的槽中；并且在一部分地層 中產(chǎn)生或加深至少一條裂縫。
在另一個具體實施方案中，本發(fā)明提供了一種方法，其包括沿井筒將 膠結劑引入地層的未膠結部分中的至少兩條預形成槽中，其中這些槽沿井筒 的內(nèi)表面彼此以約180度設置；并且在一部分地層中產(chǎn)生或加深至少一條裂 縫。
在另一個具體實施方案中，本發(fā)明提供了一種方法，其包括沿井筒確 定地層的未膠結部分的最大水平應力方向；沿井筒在地層的未膠結部分中產(chǎn) 生或加深至少兩條槽，其中這些槽以大致平行于該地層的未膠結部分最大水 平應力方向的方向貫穿地層，并且這些槽沿井筒的內(nèi)表面彼此以約180度設 置；將膠結劑引入地層的未膠結部分的至少一條槽中；并且在一部分地層中 產(chǎn)生或者加深至少一條裂縫。
一旦閱讀以下優(yōu)選具體實施方案的描述，本發(fā)明的特征和優(yōu)點對于本領 域技術人員來說將是顯而易見的。


這些附圖舉例說明了本發(fā)明一些具體實施方案的某些方面，并且它們不 應當用于限制或限定本發(fā)明。
圖1顯示了在本發(fā)明一個具體實施方案中被井筒貫穿的地層的橫截面圖。
圖2顯示了在根據(jù)本發(fā)明一個具體實施方案引入膠結劑之后，被井筒貫 穿的地層的橫截面圖。
圖3顯示了在根據(jù)本發(fā)明一個具體實施方案引入膠結劑并且在地層中產(chǎn) 生裂縫之后，被井筒貫穿的地層的橫截面圖。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及用于處理地層的方法和組合物。更具體地，本發(fā)明涉及穩(wěn)定 地層的未膠結部分的方法。
I.本發(fā)明的方法
技術領域：
本發(fā)明的方法包括沿井筒將膠結劑引入地層的未膠結部分中的至少兩條
槽中，在一部分地層中產(chǎn)生或者加深至少一條裂縫。這里所使用的術語"槽"， 是指任何能使井筒和一部分地層之間流體連通的孔眼、管道、孔隙或者通道。 作為本文所使用的術語"槽"，其可以是自然存在的，或者其也可以是在本發(fā) 明方法之前和/或期間進行的地下處理或作業(yè)過程中來產(chǎn)生或加深。本文所定 義的術語"膠結"、"使膠結"及其衍生詞包括穩(wěn)定一部分地層的任何方法， 該方法可以至少部分穩(wěn)定未膠結顆粒，從而使得它們能夠以足夠的結合強度 結合，以經(jīng)得起由通過地層的流體流動所產(chǎn)生的力和/或阻止移動或遷移。本 文所定義的術語"膠結劑"包括任何可以穩(wěn)定一部分地層部分的物質，該物 質能使未膠結的顆粒至少部分地膠結，本文中定義了該術語。
本發(fā)明的方法可以用于使地層的未膠結部分穩(wěn)定，從而使得與使用現(xiàn)有 技術中已知的膠結方法可以達到的滲透相比，引入地層的膠結劑和/或組分可 以更深地滲透入地層。該提高的滲透深度尤其可以增強貫穿地層的井的生產(chǎn) 率和/或阻止顆粒材料(例如，沙粒、地層顆粒、支撐劑顆粒等)的返排。此外， 本發(fā)明的方法可以用于使地層的未膠結部分穩(wěn)定，而不必需礫石填充層或篩 網(wǎng)。
在本發(fā)明方法中處理的地層可以是其中至少大量未膠結顆粒存在于地層 中的任何地層。這些未膠結顆粒可以包含，尤其是，地層中一個或多個裂縫 空間隙內(nèi)的沙粒、礫石、細粒和/或支撐劑顆粒(例如，在裂縫內(nèi)形成支撐劑充 填層的未膠結的支撐劑顆粒)。支撐劑顆?？捎扇魏芜m用于地下作業(yè)的材料組 成。實例包括，但不限于沙粒、鋁土礦、陶瓷材料、玻璃材料(例如，玻璃
珠)、聚合物材料、Tefloi^材料、堅果殼碎片、種皮碎片、含有堅果殼碎片的 固化樹脂質顆粒、含有種皮碎片的固化樹脂質顆粒、果核碎片、含有果核碎 片的固化樹脂質顆粒、木材、復合顆粒、以及它們的組合。同樣也可以使用 復合顆粒，其中適當復合材料可以包含粘合劑以及填充材料，其中適當?shù)奶?充材料包括二氧化硅、礬土、煙碳(fUmed carbon)、炭黑、石墨、云母、二氧 化鈦、正硅酸鹽、硅酸鈣、高嶺土、滑石、氧化鋯、硼、飛塵、空心玻璃微 珠、固態(tài)玻璃、磨碎的堅果皮/種皮或外殼、鋸屑、磨碎的纖維素纖維以及它 們的組合。通常，顆粒具有約2至約400目(美國篩制)的大小。在特別的具體 實施方案中，顆粒粒徑分布范圍是6/12目、8/16、 12/20、 16/30、 20/40、 30/50、 40/60、 40A70或50/70目中的一種或更多種。應當理解，在本文中所使用的術
語"顆粒"包括全部已知形狀的材料，所述材料包括基本上球形的材料、纖 維狀材料、多邊形材料(例如立方體材料)以及它們的混合物。此外，通常包括 尤其可以用于負擔封閉裂縫的壓力的纖維狀材料。在某些具體實施方案中， 支撐劑顆?？梢酝坑斜绢I域普通技術人員已知的任何適當樹脂或增粘劑。
貫穿被處理地層的井筒可以包含一個或更多個輸送管或套管柱(例如，"套 管的"或"部分套管的"井筒)。在某些具體實施方案中，井筒可以是未套管 的。在貫穿被處理的地層部分的井筒部分是套管或部分套管的那些具體實施 方案中，可以在套管中產(chǎn)生孔眼或孔以容許套管內(nèi)部和套管外部地層(一個或 多個)之間流體聯(lián)通。在某些具體實施方案中，可以在本發(fā)明的方法中通過引 導流體和/或工具通過這些套管中的孔眼或孔來產(chǎn)生或加深地層的未膠結部分 中的槽。套管中的孔眼或孔可以通過任何本領域中已知的適當方法來產(chǎn)生。 在某些具體實施方案中，這些孔眼或孔可以在套管置于井筒之前就存在于套 管中。在某些具體實施方案中，套管中的孔眼或孔可以使用用于產(chǎn)生或加深 地層的未膠結部分中槽的相同工具或方法來產(chǎn)生，例如，通過使用水力噴射 技術(如下所述)。在其它具體實施方案中，可以在進行本發(fā)明方法之前或者之 間使用其它方法或裝置來產(chǎn)生孔眼或孔。在某些具體實施方案中，可以通過 膠結劑(或者含有膠結劑的流體)排出存在于套管孔眼或孔中的顆粒，這尤其可 以增強或者恢復通過套管中那些孔眼或孔的流體流動。
本發(fā)明的方法可以任選包括在井筒中隔離特定區(qū)域(例如，與地層的未膠 結部分鄰近的井筒區(qū)域)的步驟，這尤其使得能夠選擇性地將膠結劑和/或其它 物質置于特定的地層部分中。
可以使用任何本領域中己知的用于隔離井筒中特定區(qū)域的方法或工具。 例如，可以使用能夠從一個特定地層部分將流體流分流至另一地層部分的任 何靜態(tài)分流劑或工具(例如，化學品、流體、顆?；蛘咴O備)。適當靜態(tài)分流劑 的實例包括，但不限于流體(例如，水基和/或非水基流體)、乳劑、凝膠、 泡沫、可降解材料(例如，聚酯、原酸酯、聚(原酸酯)、聚酸酐、去水有機和/ 或無機化合物)、顆粒、封隔器(例如，精確封隔器和選擇性注入封隔器)、堵 塞球、封隔設備、顆粒、沙塞、橋塞等。憑借本文的幫助，本領域技術人員 將會認識到在本發(fā)明方法中什么時候應當隔離特定區(qū)域，以及實現(xiàn)該隔離的 適當工具或方法。 沿井筒在地層的未膠結部分中產(chǎn)生或加深兩條或更多條"槽"。地層中槽 的存在尤其可以使得與現(xiàn)有技術中已知的膠結法可以達到的滲透相比，膠結 劑和/或其它組分可以更深地滲透入地層。本發(fā)明方法中槽的存在也可以引起 地層中一條或更多條裂縫的產(chǎn)生或加深，這些裂縫可以增加地層的有效滲透 率(例如，增加從該地層中所需流體的產(chǎn)出)。
這些槽通常沿井筒的內(nèi)表面的圓周彼此以約180度的位置存在(或產(chǎn)生) 于地層的未膠結部分中，這有時被稱為"雙翼"結構。該雙翼結構尤其可以 降低曲率，降低靠近井筒處的摩擦，和/或降低多個靠近井筒處裂縫的可能性。 圖1舉例說明了具有根據(jù)本發(fā)明一個具體實施方案的"雙翼"結構的井筒10 的橫截面圖，其具有與貫穿地層11的井筒IO相聯(lián)系的兩條槽，它們的位置 為沿井筒10的內(nèi)表面12的圓周彼此成約180度。在某些具體實施方案中， 這些槽可以具有至少約1英寸的長度。在某些具體實施方案中，這些槽可以 具有約0.25英寸至約1英寸范圍的寬度。
在本發(fā)明的方法中可以使用本領域技術人員已知的任何方式沿井筒在地 層的未膠結部分中產(chǎn)生或加深這些槽。在本發(fā)明的一些具體實施方案中，可 以使用"水力噴射(hydrajetting)"技術來產(chǎn)生或加深兩條或更多條槽。如同本 文所使用的，這里所定義的術語"水力噴射"及其衍生詞包括使用任何其中 將流體(例如，液體或氣體)推向地層內(nèi)部表面從而侵蝕至少一部分該表面的方 法或者工具。尤其是，該侵蝕可以由于通過一種或更多種流體組分進行的機 械侵蝕和/或化學侵蝕(例如，酸化、溶解、腐蝕等)而產(chǎn)生。在某些具體實施 方案中，水力噴射技術可以包括推動含有磨蝕材料(例如，諸如沙粒、礫石、 可降解顆粒等的顆粒材料)的流體和/或將流體以足夠高的壓力推向地層內(nèi)部 表面，從而侵蝕至少一部分該表面。美國專利號5,765,642、 5,494,103，以及 5,361,856、 5,335,724，以及5,547,023和美國專利申請公開號2004/0256099中 描述了適當水力噴射工具和水力噴射方法的實例，這些文獻的相關部分在此 通過引用并入?？捎糜诋a(chǎn)生或加深地層的未膠結部分中槽的其它方法實例包 括，但不限于精密增產(chǎn)技術(pinpoint stimulation technique)、壓力脈沖技術、 穿孔技術(例如，用于在用水泥灌入井筒的套管中產(chǎn)生孔眼的技術)及本領域中 已知的其它相似做法。
在某些具體實施方案中，本發(fā)明的方法可以用于"各向異性地層"，如同
本文中所使用的，該術語描述了地層中的應力差、應力的取向或方向。在本 發(fā)明的某些具體實施方案中，除了上覆巖層應力(它是垂直應力(例如，上面地 層的重量))之外，同時也存在最大水平應力和最小水平應力，可以使用任何現(xiàn) 有技術中已知的用于進行地層中最大水平應力方向測定的方法來測定該方 向。例如，可以通過觀察地層中測試裂縫延伸的方向來測定最大水平應力的
方向，該裂縫延伸方向將會垂直于最大水平應力方向。美國專利號5,335,724、 5,318,123和4,864,864中描述了其它進行該測定的方法的實例，這些文獻中的 相關內(nèi)容在此通過引用并入。最大水平應力的方向也可以通過觀察或測定地 層中的最大滲透性方向來確定，該最大滲透性方向可以與最大水平應力方向 相關并且用于確定最大水平應力方向。
在確定最大水平應力方向之后，可以產(chǎn)生或加深兩條或更多條槽，使得 這些槽以大致平行于最大水平應力方向的方向貫穿地層。如同本文所使用的， 短語"大致平行"定義為包括任何在基準方向約30度之內(nèi)的方向。在某些具 體實施方案中，這些槽可以以離最大水平應力方向約15度之內(nèi)的方向貫穿地 層。
本發(fā)明方法可以任選包括在進行本發(fā)明方法之前、期間或者之后任意一 點向地層中提供和引入一種或多種預沖洗液(preflush fluid)。通常，可以在將
膠結劑引入地層的未膠結部分中的槽之前的任何時間注入預沖洗液。在某些具體實施方式
中，尤其可以使用預沖洗液，從而從地層的孔隙空間中清除不 需要的物質(例如，油、殘余物、或者碎片)，清除套管柱孔眼或孔中的這種不 需要物質，和/或使地層為隨后的膠結劑的放置做好準備。例如，可以將酸性 預沖洗液引入地層的至少一部分中，這尤其可以溶解地層中的不需要物質。 可以通過水力噴射工具將該預沖洗液引入地層的未膠結部分的槽中，從地表 直接泵送入貫穿地層的井筒中，或者用任何其它適當方法將其引入地層中。 通常，所使用預沖洗液的體積在膠結劑體積的0.1倍至50倍之間。在以下章 節(jié)II中更詳細地描述了適合與本發(fā)明一起使用的預沖洗液實例。
圖2舉例說明了在將膠結劑15引入貫穿地層11的槽14之后圖1中所描 繪的井筒10的橫截面圖。在某些具體實施方案中，尤其是由于地層中槽的存 在和放置，膠結劑能夠深深地滲透入地層中?？梢允褂萌魏维F(xiàn)有技術中已知 的方法將膠結劑引入地層的兩條或更多條槽中。在某些具體實施方案中，可
以通過將膠結劑泵送入自地表貫穿地層的井筒中，從而將膠結劑引入地層的 兩條或更多條槽中。在某些具體實施方案中，可以通過能夠引導流體流進入 地層(例如，水力噴射工具)的工具將膠結劑引入地層的兩條或更多條槽中。也 可以通過使用分流劑或者分流工具(例如，化學品、流體、顆?；蛟O備)將流體 流分流入特定槽(一條或多條)中，從而將膠結劑選擇性地放置于地層的槽中。 適當分流劑的實例包括，但不限于流體(例如，水基和/或非水基流體)、乳 劑、凝膠、泡沫、可降解材料(例如，聚酯、原酸酯、聚(原酸酯)、聚酸酐、 去水有機和/或無機化合物)、顆粒、封隔器(例如，精確封隔器(pinpoint packer) 和選擇性注入封隔器)、堵塞球、封隔設備、顆粒、沙塞、橋塞等。
在將膠結劑引入地層的未膠結部分的至少一條槽中之后，在地層部分中 產(chǎn)生或加深至少一條裂縫，從而尤其至少部分恢復該地層部分的滲透性并且 使井筒和已膠結區(qū)域外部的地層部分(例如，油藏地層(reservoir formation))重 新連接。在地層中"加深" 一條或更多條裂縫，當本文使用該術語時，是指 延長或擴大地層中一條或更多條自然或預先形成的裂縫。圖3舉例說明了在 已經(jīng)引入膠結劑15的地層部分中生成或加深裂縫16之后，圖1和2中所描 繪井筒10的橫截面圖。在地層中產(chǎn)生或者加深至少一條裂縫尤其可以恢復一 部分已經(jīng)膠結地層的滲透性，和/或在已經(jīng)容許引入一部分地層中的膠結劑完 全固化和/或聚合之后，保持將會變膠結的該部分地層的滲透性。
可以通過本領域技術人員已知的用于在地層中產(chǎn)生或加深一條或更多條 裂縫的任何方法來實現(xiàn)壓裂步驟。例如，可以使用水力壓裂處理，其中以足 以在地層中產(chǎn)生或加深一條或多條裂縫的速率和/或壓力將流體(例如，壓裂液) 引入地層中。在某些具體實施方案中，水力壓裂處理中所使用的流體可以包 括稠化液(例如，含有膠凝劑、交聯(lián)的膠凝劑、表面活性劑、或者它們的組合 的流體)，在某些具體實施方案中，可以將含有支撐劑顆粒的流體引入地層中， 并且其中的支撐劑顆?？梢猿练e于裂縫中，尤其以保持裂縫的流體傳導性。 可以用可固化樹脂或者膠結劑涂布支撐劑，目的之一是在裂縫(一條或多條) 中形成堅硬的、可滲透的固體，尤其是防止支撐劑在生產(chǎn)期間從井中回流， 和/或增強和保持支撐裂縫(一條或多條)的傳導性。尤其是，支撐劑也尤其可 以和纖維質顆粒混合，從而與支撐劑一起形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀物并且同樣部分控 制支撐劑回流。
在某些具體實施方案中，可以使用例如在美國專利號5，765，642、
5，494，103、以及5,361,856、 5,335,724、 5,547，023(這些文獻的相關部分在此通
過引用并入)中描述的那些水力噴射工具在地層中產(chǎn)生或加深一條或更多條裂
縫。這些裂縫尤其可以恢復一部分地層的滲透性和/或將地層的一些阻塞部分
暴露于井筒。例如，可以通過水力噴射工具以在地層中產(chǎn)生或加深一條或多
條裂縫的方式引入流體(例如，液體或氣體)。在某些具體實施方案中，水力 噴射工具可能以足以在地層中產(chǎn)生或加深一條或更多條裂縫的速率和壓力將
流體引入地層中。在某些具體實施方案中，用水力噴射工具引入的流體可以 包含磨蝕材料(例如，諸如沙粒、礫石、可降解顆粒等的顆粒材料)，這些材料 尤其可以促進恢復一部分地層的滲透性。
可以在將膠結劑引入地層的未膠結部分中至少一條槽中之后的任一點進 行在地層部分中產(chǎn)生或加深一條或更多條裂縫的步驟。在某些具體實施方案 中，可以在膠結劑已經(jīng)使地層的未膠結部分至少部分地膠結之前(例如，在允 許膠結劑完全固化和/或聚合之前)，在地層部分中產(chǎn)生或加深一條或更多條裂 縫。在某些具體實施方案中，可以在允許膠結劑固化和/或聚合的"關井期" 之后，在地層部分中產(chǎn)生或加深一條或更多條裂縫。
本發(fā)明方法可用于使地層的未膠結部分中的單個層段膠結，或者可以重 復從而分別膠結幾個不同層段中的地層部分。在處理幾個不同層段的具體實 施方案中，這幾個層段可以被一個井筒、不同的鄰近井筒、或者不鄰近的不 同井筒貫穿。
本發(fā)明的方法可以在地層中進行任何種類地下作業(yè)之前、與之結合、或
者之后使用，這些地下作業(yè)包括，但是不限于壓裂作業(yè)、礫石充填作業(yè)、
壓裂充填作業(yè)(即，壓裂和礫石充填作業(yè)的組合)等。例如，本發(fā)明的方法有時 可以在壓裂作業(yè)之后使用，其中本發(fā)明的方法用于使位于一個或更多個在壓 裂作業(yè)期間產(chǎn)生或加深的裂縫內(nèi)部的支撐劑顆粒至少部分地膠結。在某些具
體實施方案中，本發(fā)明的方法任選可以包括通過動態(tài)分流工具(dynamic diversion tool)和/或通過適于將其它添加劑或工作液引入地層的任何其它手段 將那些添加劑和工作液引入地層中，所述其它添加劑和工作液例如，相對滲 透率改善劑、支撐劑、表面活性劑、氣體、殺生物劑、酸、或任何其它適當 的添加劑或工作液。II.流體
用于本發(fā)明某些具體實施方案中的預沖洗液可以包括任何流體，只要該 流體不與根據(jù)本發(fā)明使用的其它組分(例如，膠結劑)或者地層發(fā)生不利的反 應。例如，預沖洗液可以是水基液體、烴基液體(例如，煤油、二甲苯、甲苯、 柴油、石油、酯等)、泡沬流體(例如，含有氣體的液體)或者氣體(例如，氮氣 或者二氧化碳)。水基流體可以包括淡水、鹽水、鹵水、或海水，或任何其它 含水流體，只要其不與根據(jù)本發(fā)明使用的其它組分或地層發(fā)生不利的反應。 在某些具體實施方案中，水基預工作液可以包含表面活性劑。例如，本發(fā)明 中可以使用任何與隨后所使用處理(例如，膠結劑)相容的表面活性劑，從而幫 助膠結劑流向地層中相鄰顆粒間的接觸點。這種表面活性劑包括，但是不限 于乙氧基化的壬基酚磷酸酯， 一種或更多種陽離子表面活性劑、 一種或更 多種非離子型表面活性劑以及烷基膦酸酯表面活性劑的混合物。美國專利號
6,311,773中描述了一種或更多種陽離子型和非離子型表面活性劑的適當混合
物，該文獻的相關內(nèi)容在此通過引用并入。優(yōu)選C,2-C22垸基膦酸酯表面活性
劑。所使用的一種或多種表面活性劑可以以一定量存在于預沖洗液中，該量 足以使地層準備好接受膠結劑的處理。在本發(fā)明的一些具體實施方案中，以
含水流體的重量計，預沖洗液中含有約0.1%至約3%范圍內(nèi)的表面活性劑。
用于本發(fā)明某些具體實施方案中的壓裂液可以包括任何流體，只要該流 體不與根據(jù)本發(fā)明使用的其它組分或者地層發(fā)生不利的反應。例如，壓裂液
可以是水基液體、烴基液體(例如，煤油、二甲苯、甲苯、柴油、石油等)、粘 彈性表面活性劑流體、泡沫流體(例如，含有氣體的液體)、或者氣體(例如， 氮氣或者二氧化碳)。水基流體可以包括淡水、鹽水、鹵水、或海水，或任何 其它含水流體，只要其不與根據(jù)本發(fā)明使用的其它組分(例如，膠結劑)或地層 發(fā)生不利的反應。
本發(fā)明方法中使用的預沖洗液和/或壓裂液可以包含許多額外的添加劑，
包括，但不限于鹽、表面活性劑、酸、降濾失添加劑、氣體、起泡劑、乳 化劑、防腐劑、防垢劑、催化劑、粘土控制劑、殺生物劑、降阻劑、消泡劑、
橋堵劑、分散劑、絮凝劑、H2S清除劑、C02清除劑、去氧劑、潤滑劑、增黏
劑、破碎劑、增重劑、相對滲透率改善劑、顆粒材料(例如，支撐劑顆粒)等。
在某些具體實施方案中，預沖洗液和/或壓裂液可以包含活化劑或催化劑，它 們尤其可以用于激活膠結劑的聚合。憑借本文的幫助，本領域技術人員將會 認識到對于某特定用途，預沖洗液和/或壓裂液中可以含有的添加劑種類。
ni.膠結劑
用于本發(fā)明方法的適當膠結劑包括任何可以穩(wěn)定地層部分的組合物，該 組合物至少能部分穩(wěn)定未膠結顆粒，從而阻止它們移動或遷移。適當膠結劑
的實例包括樹脂、增粘劑、以及可凝膠化(gelable)的液體組合物。 A.樹脂
適合用作本發(fā)明方法中膠結劑的樹脂包括任何能夠形成硬化、膠結的物 質(mass)的適當樹脂。這里所使用的術語"樹脂"包括任何眾多物理上相似的 聚合合成物或者化學改性的天然樹脂，包括然而并不限于熱塑性材料和熱固 性材料。許多這種樹脂通常用于地下膠結作業(yè)，并且一些適當?shù)臉渲p 組分環(huán)氧基樹脂、酚醛樹脂、聚環(huán)氧樹脂、苯酚醛樹脂(phenol-aldehyde resin)、 脲醛樹脂、聚氨酯樹脂、酚醛樹脂(phenolic resin)、呋喃樹脂、呋喃/糠醇樹 脂、酚醛/膠乳樹脂、苯酚甲醛樹脂(phenol formaldehyde resin)、聚酯樹脂及它 們的混合物和共聚物、聚氨酯樹脂及它們的混合物和共聚物、丙烯酸酯樹脂、 以及它們的混合物。 一些適當?shù)臉渲?，例如環(huán)氧樹脂，可以由內(nèi)部催化劑或 活化劑固化，以使得在井下泵送時，僅用需要的時間和溫度即可將它們固化。 其它適當樹脂，例如呋喃樹脂，可能規(guī)定要在延遲的速率下固化，或者如果 固化溫度低(即，小于250。F)，則需要延遲催化劑(time-delayedcatalyst)或者外 部催化劑以幫助激活樹脂聚合，然而如果地層溫度高于約250°F,優(yōu)選高于約 300°F，這些樹脂會在時間和溫度的作用下固化?？梢允褂萌魏芜m當方法將這 種外部催化劑引入地層中。憑借本文的幫助，本領域技術人員能夠選擇用于 本發(fā)明具體實施方案的適當樹脂并且確定是否需要催化劑引發(fā)固化。
將會引入流體的地層的溫度可能影響適當樹脂的選擇。例如，對于具有 約60°F至約250°F的井底靜態(tài)溫度("BHST")的地層，可以優(yōu)選含有可硬化 樹脂組分和包含特殊硬化劑的硬化劑組分的雙組分環(huán)氧基樹脂。對于具有約 300。F至約600°F BHST的地層，可以優(yōu)選呋喃基樹脂。對于具有約200°F至
約400。FBHST的地層，酚醛基樹脂(phenolic-basedresin)或多官能、高性能環(huán) 氧基樹脂可以是適當?shù)?，對于具有至少約175°F BHST的地層，苯酚/苯酚甲 醛/糠醇樹脂同樣也可以是適當?shù)摹?br> 任何與所選擇的樹脂相容并且達到所需粘度效應的溶劑都適用于本發(fā) 明。 一些優(yōu)選的溶劑包括，但不限于乳酸丁酯、二丙二醇甲醚、二丙二醇 二甲醚、二甲基甲酰胺、二乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚、碳酸 丙烯酯、甲醇、丁醇、右旋檸烯、脂肪酸甲酯、以及它們的組合。其它優(yōu)選 溶劑包括可溶于水的溶劑，例如，甲醇、異丙醇、丁醇、乙二醇醚溶劑、以 及它們的組合。適當?shù)囊叶济讶軇┌ǎ遣幌抻诙叶技酌?、?br> 丙二醇甲醚、2-丁氧基乙醇、含有至少一 個d至C6烷基的C2至C6二羥基烷
醇醚、二羥基垸醇單醚、甲氧基丙醇、丁氧基乙醇、己氧基乙醇、以及它們 的異構體。憑借本文的幫助，本領域技術人員有能力根據(jù)所選擇的樹脂來選 擇適當?shù)娜軇?br> B.增粘劑
適用于本發(fā)明方法的增粘劑顯示粘性特征，并且因此賦予地層中未膠結 顆粒一定程度的膠結。這里定義的術語"增粘劑"包括任何具有這樣一種性 質的組合物，在觸摸時它(或者可以被活化而變得)有些粘性。在某些具體實施 方案中，可以配制增粘劑，從而通過與催化劑或者活化劑接觸，或者在某些 條件下(例如，溫度)，它以延遲的速率被"激活"。適合用于本發(fā)明中的適當 增粘劑實例包括非水增粘劑、含水增粘劑、以及甲硅烷基改性聚酰胺。
一種適合用于本發(fā)明中的增粘劑類型是非水增粘劑。適當增粘劑的實例 可以包括在地層溫度下的液態(tài)聚酰胺或聚酰胺溶液，從而當被引入地層時， 它們自身是非硬化的。這種增粘劑的一個實例包括由可商購多元酸和多元胺
組成的縮合反應產(chǎn)物。適當商業(yè)產(chǎn)品包括例如C36二元酸混合物的化合物，所
述C36 二元酸包含與多元胺反應的一些三聚酸和更高的低聚酸以及少量單體 酸。其它多元酸包括三聚酸，由脂肪酸制備的合成酸、馬來酸酐、丙烯酸等。 這種酸化合物可以從諸如Witco Corporation、Union Camp、Chemta11以及Emery Industries的公司商購得到。反應產(chǎn)物可由，例如，Champion Technologies, Inc. 以及Witco Corporation獲得?？梢杂米鞣撬稣硠┑钠渌衔锇ɡ缇?br> 酯、聚碳酸酯以及聚氨基甲酸酯的液體和溶液，例如蟲膠的天然樹脂等。美
國專利號5,853,048和5,833,000中描述了其它適當?shù)姆撬稣硠?，這些文獻 中的相關內(nèi)容在此通過引用并入。
可以使用適合用于本發(fā)明的非水增粘劑以使它們形成非硬化涂層，或者 可以將它們與能和非水增粘劑反應形成硬化涂層的多功能材料結合。這里所 使用的"硬化涂層"是指增粘劑和多功能材料的反應將會產(chǎn)生基本上不可流 動的反應產(chǎn)物，該產(chǎn)物在膠結團塊中顯示出比增粘劑單獨與顆粒一起更高的 抗壓強度。在這種情況下，非水增粘劑可以起與可硬化樹脂相似的功能。適 合用于本發(fā)明的多功能材料包括，但不限于醛，例如甲醛；二醛，例如戊 二醛；釋放半縮醛或醛的化合物；鹵化二酸；二鹵化物，例如二氯化物和二 溴化物；多元酸酐，例如檸檬酸；環(huán)氧化物；糠醛；戊二醛或者醛縮合物等， 以及它們的組合。在本發(fā)明一些具體實施方案中，多功能材料可以與增粘劑 混合，其量為增粘劑重量的約0.01至約50%，從而實現(xiàn)反應產(chǎn)物的形成。在 一些優(yōu)選的具體實施方案中，多功能材料以增粘化合物重量的約0.5至約1% 的量存在。美國專利號5,839,510中描述了適當?shù)亩喙δ懿牧?，該文獻中的相 關內(nèi)容在此通過引用并入。
適合與非水增粘劑一起使用的溶劑包括任何與非水增粘劑相容并且達到 所需粘度效應的溶劑。適合用于本發(fā)明的溶劑優(yōu)選包括，但不限于二丙二 醇甲醚、butyl bottom alcohol、 二丙二醇二甲醚、二乙二醇甲醚、乙二醇丁醚、 甲醇、丁醇、異丙醇、二乙二醇丁醚、碳酸丙烯酯、右旋檸烯、2-丁氧基乙醇、 醋酸丁酯、乙酸糠酯、乳酸丁酯、二甲亞砜、二甲基甲酰胺、脂肪酸甲酯、 以及它們的組合。憑借本文的幫助，本領域技術人員能夠確定是否需要溶劑 以達到適于地下條件的粘度，并且如果需要，則需要多少。
當把適合用于本發(fā)明的含水增粘劑置于顆粒上時其沒有顯著粘性，但是 其能夠在所需的時間被"活化"(即，使其不穩(wěn)定、聚結、和/或起反應)從而 將化合物轉變?yōu)檎承缘?、增粘的化合物。可以在含水增粘劑置于地層之前?期間或者之后進行這種活化。在一些具體實施方案中，可以首先對顆粒表面 進行預處理以使其準備好被含水增粘劑涂布。適當含水增粘劑通常是含有這 樣化合物的帶電聚合物當在含水溶劑或溶液中時，這些化合物能形成非硬 化涂層(由自身形成或與活化劑和/或催化劑一起形成)，并且當將其置于顆粒
上時，當由水流接觸時，其會增加顆粒的連續(xù)臨界再懸浮速度(continuous critical resuspension velocity)。含水增粘劑可以增強地層內(nèi)部各個顆粒(它們是 支撐劑顆粒、地層顆?；蚱渌w粒)之間的粒間接觸，幫助引起顆粒膠結成粘 結、柔韌的并且滲透性的物質。當使用時，活化劑和/或催化劑可以是包含含 水增粘劑的工作液的一個組分，或者可以通過任何合適的方法分別將其引入 地層中。
適用于本發(fā)明的含水增粘劑實例包括，但不限于丙烯酸聚合物、丙烯 酸酯聚合物、丙烯酸衍生物聚合物、丙烯酸均聚物、丙烯酸酯均聚物(例如聚(丙 烯酸甲酯)、聚(丙烯酸丁酯)以及聚(丙烯酸-2-乙基己酯))、丙烯酸酯共聚物、 甲基丙烯酸衍生物聚合物、甲基丙烯酸均聚物、甲基丙烯酸酯均聚物(例如聚 (甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基丙烯酸丁酯)以及聚(甲基丙烯酸-2-乙基己酯))、丙 烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯聚合物、丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯衍生物聚合物、 丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯共聚物、以及丙烯酸/丙烯酰胺基-甲基-丙磺酸酯共 聚物、以及它們的組合。這里所定義的術語"衍生物"包括，例如，通過用 另一個原子或原子團取代所列化合物中的一個原子，離子化一種所列化合物， 或者制備一種所列化合物的鹽，從而由一種所列化合物制備的任何化合物。 于2004年6月9日提交的美國專利申請?zhí)?0/864,061，以及于2004年6月9 日提交的美國專利申請?zhí)?0/864,618中公開了確定適當含水增粘劑的方法以 及關于含水增粘劑的額外內(nèi)容，這些文獻的相關內(nèi)容在此通過引用并入。
可以將適合用于本發(fā)明方法增粘劑中的甲硅烷基改性的聚酰胺化合物描 述為基本上自硬化的組合物，它們能夠，例如，在地層或支撐劑充填層孔隙 中，至少部分以未硬化狀態(tài)粘附于顆粒，而且進一步能夠將自己自硬化至地 層顆粒的各個顆粒不會粘附于其上的基本上非粘性的狀態(tài)。例如，這種甲硅 烷基改性聚酰胺可以基于甲硅烷化(silating)化合物與聚酰胺或聚酰胺混合物
的反應產(chǎn)物。聚酰胺或聚酰胺混合物可以是一種或更多種聚酰胺中間體化合 物，例如，它們可以通過由多元酸(例如，二元酸或更多元的酸)和多元胺(例 如，二元胺或更多元的胺)的反應以形成脫水聚酰胺聚合物而獲得。美國專利 號6，439，309中描述了其它適當甲硅'烷基改性的聚酰胺以及制備這種化合物的 方法，該文獻中的相關內(nèi)容在此通過引用并入。
Harms等人的美國專利號5,249,627中描述了一些適當?shù)脑稣硠撐墨I中的相關內(nèi)容在此通過引用并入。Harms公開包含選自以下的至少一種的含 水增粘劑芐基可可二(羥乙基)季胺(benzyl coco di-(hydroxyethyl)quatemary amine)、與甲醛縮合的對-叔-戊基苯酚、以及含有約80%至約100%的C，烷 基甲基丙烯酸酯單體和約0%至約20%親水單體的共聚物。在一些具體實施方 案中，含水增粘劑可以包含含有約90%至約99.5%丙烯酸-2-乙基己酯和約 0.5%至約10%丙烯酸的共聚物。適當親水單體可以是任何能提供極性含氧或 含氮基團的單體。適當?shù)挠H水單體包括(甲基)丙烯酸二垸基氨基垸基酯以及它 們的四元加成物(quaternary addition)和酸性鹽、丙烯酰胺、N-(二烷基氨基烷基) 丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺和它們的四元加成物和酸性鹽、羥垸基(甲基)丙烯酸 酯、例如甲基丙烯酸或優(yōu)選丙烯酸的不飽和羧酸、羥乙基丙烯酸酯、丙烯酰 胺等。這些共聚物可以通過任何適當?shù)娜橐壕酆霞夹g來制備。例如，在美國 專利號4,670,501中公開了這些共聚物的制備方法，該文獻的相關內(nèi)容在此通 過引用并入。
C.可凝膠化的液體組合物
適合用于本發(fā)明方法中的可凝膠化的液體組合物可以包括任何能夠轉化 成凝膠化的物質的可凝膠化的液體組合物，所述凝膠化的物質能夠基本上堵 塞地層的滲透性同時使得地層保持柔韌性。也就是說，凝膠化的物質會對地 層產(chǎn)生例如烴類的所需流體的能力產(chǎn)生負面影響。正如以上的討論，可以通 過裂穿膠結部分來恢復地層的滲透性。如同這里所提到的，術語"柔韌性" 是指這樣一種狀態(tài)，其中經(jīng)處理的地層或材料相對有延伸性并且有伸縮性， 并且能夠經(jīng)得起很多的壓力循環(huán)而沒有實質上的破壞。從而，所生成的凝膠 化的物質應當是半固體、不可移動、膠狀的物質，尤其是，其穩(wěn)定經(jīng)處理的 地層部分同時容許地層吸收壓力循環(huán)期間產(chǎn)生的應力。因而，凝膠化的物質 可以同時通過穩(wěn)定地層沙粒和通過增加地層沙粒的柔韌性來幫助防止地層的 破壞。適當可凝膠化的液體組合物的實例包括，但不限于固化以形成柔韌 性凝膠的樹脂組合物、可凝膠化的含水硅酸鹽組合物、可交聯(lián)的含水聚合物 組合物、以及可聚合的有機單體組合物?？赡z化的液體的某些具體實施方 案包括可固化的樹脂組合物。對于本領域技術人員來說，可固化的樹脂組合 物是眾所周知的，并且其己經(jīng)被用于使未膠結地層部分膠結并且將支撐劑材
料膠結為堅硬、可滲透的物質。雖然根據(jù)本發(fā)明使用的可固化樹脂組合物可 以類似于那些之前用于將沙粒和支撐劑膠結為堅硬、可滲透物質的組合物， 然而它們的區(qū)別在于適合與本發(fā)明一起使用的樹脂不固化為堅硬、可滲透的 物質；相反地，它們固化為柔韌、凝膠化的物質。也就是說，適當可固化樹 脂組合物在未膠結地層的經(jīng)處理部分的顆粒之間形成彈性凝膠化的物質，從 而使得地層部分保持柔韌性以對抗破壞。使固化的樹脂組合物凝固和硬化以 便為地層經(jīng)處理的部分提供高膠結強度是不必要或者不期望的。相反地，一 旦固化，根據(jù)本發(fā)明有用的可固化樹脂組合物形成半固體、不可移動的、凝 膠化的物質。
通常，根據(jù)本發(fā)明有用的可固化樹脂組合物可以包含可固化樹脂、稀釋 劑、以及樹脂固化劑。當可固化樹脂組合物中使用某些樹脂固化劑，例如聚 酰胺時，該組合物形成上述半固體、不可移動的、凝膠化的物質。在所使用 樹脂固化劑可能導致有機樹脂組合物形成堅硬、脆性材料而不是所需的凝膠 化的物質的情形中，可固化樹脂組合物可以進一步包含一種或更多種"增韌 添加劑"(以下將更詳細地描述)，從而為固化組合物提供柔韌性。
可用于本發(fā)明可固化樹脂組合物的可固化樹脂實例包括，但不限于有 機樹脂，例如聚環(huán)氧化物樹脂(例如，雙酚A-環(huán)氧氯丙垸樹脂)、聚酯樹脂、 脲醛樹脂、呋喃樹脂、聚氨酯樹脂、以及它們的混合物。這些中，優(yōu)選聚環(huán) 氧化物樹脂。
任何與可固化樹脂相容并且達到所需粘度效應的稀釋劑都適用于本發(fā) 明?？捎糜诒景l(fā)明可固化樹脂組合物的稀釋劑實例包括，但不限于苯酚； 甲醛；糠醇；糠醛；醇；醚(例如丁基縮水甘油醚和甲苯基縮水甘油醚、苯基 縮水甘油醚)；以及它們的混合物。在本發(fā)明的一些具體實施方案中，稀釋劑 包含乳酸丁酯。稀釋劑可用于在80°F下將可固化樹脂組合物的粘度降低至約 3到約3,000厘泊("cP")。尤其是，稀釋劑起到了為固化組合物提供柔韌性 的作用。稀釋劑可以以足以提供所需粘度效應的量存在于固化樹脂組合物中。 通常，所使用的稀釋劑以固化樹脂重量的約5%至約75%的量存在于可固化樹 脂組合物中。
通常，任何可用于固化有機樹脂的樹脂固化劑都適用于本發(fā)明。當所選 擇的樹脂固化劑是酰胺或聚酰胺時，通常不需要增韌添加劑，這尤其是因為
這種固化劑導致可固化樹脂組合物轉變?yōu)榘牍腆w、不可移動的、凝膠化的物 質。其它適當樹脂固化劑(諸如胺、多胺、亞甲基雙苯胺、以及其它本領域中 己知的固化劑)將趨向于固化成堅硬、脆性的材料，從而將受益于增韌添加劑 的加入。通常，無論是否加入增韌添加劑，所使用的樹脂固化劑以可固化樹
脂重量的約5%至約75%的量存在于可固化樹脂組合物中。在本發(fā)明的一些具 體實施方案中，所使用的樹脂固化劑以可固化樹脂重量的約20%至約75%的 量存在于可固化樹脂組合物中。
如上所述，可以將增韌添加劑用于，尤其是，為由可固化樹脂組合物形 成的凝膠化的物質提供柔韌性。這里所定義的術語"增韌添加劑"包括任何 能夠為由可固化樹脂組合物形成的物質賦予柔韌性質(例如，可展性、彈性) 的物質。在所選擇的樹脂固化劑可能導致有機樹脂組合物固化為堅硬且脆性 的材料，而不是這里所述的所需凝膠化的物質的情形中，應當使用增韌添加 劑。例如，在所選擇樹脂固化劑不是酰胺或聚酰胺時，可以使用增韌添加劑。 適當增韌添加劑的實例包括，但不限于有機酯、氧化的有機溶劑、芳香族 溶劑、以及它們的組合。這些中，優(yōu)選醚，例如鄰苯二甲酸二丁酯。當使用 時，增韌添加劑可以以可固化樹脂重量的約5%至約80%的量存在于可固化樹 脂組合物中。在本發(fā)明的一些具體實施方案中，增韌添加劑可以以可固化樹 脂重量的約20%至約45%的量存在于可固化樹脂組合物中。
在其它具體實施方案中，可凝膠化的液體組合物可以包含可凝膠化的含 水硅酸鹽組合物。通常，可用于本發(fā)明的可凝膠化的含水硅酸鹽組合物通常 包含堿金屬硅酸鹽水溶液以及用于膠凝該堿金屬硅酸鹽水溶液的溫度活化催 化劑。
可凝膠化的堿金屬硅酸鹽組合物的堿金屬硅酸鹽水溶液組分通常包含含 水液體和堿金屬硅酸鹽。堿金屬硅酸鹽水溶液的含水液體組分通?？梢允堑?水、鹽水(例如，含有一種或更多中溶解于其中的鹽的水)、鹵水(例如，飽和 的鹽水)、海水、或者任何其它的含水液體，只要其不和根據(jù)本發(fā)明使用的其 它組分或者和地層發(fā)生不利的反應。適當堿金屬硅酸鹽的實例包括，但不限 于硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰、硅酸銣、或者硅酸銫中的一種或更多種。這 些中，優(yōu)選硅酸鈉。雖然硅酸鈉以許多形態(tài)存在，但是用于堿金屬硅酸鹽水 溶液中的硅酸鈉優(yōu)選具有約l:2至約1:4的Na20-Si02重量比。最優(yōu)選的，所
使用的硅酸鈉具有約l丄2的Na20-Si02重量比。通常，堿金屬硅酸鹽以堿金 屬硅酸鹽水溶液組分重量的約0.1%至約10%的量存在于堿金屬硅酸鹽水溶液 組分中。
使用可凝膠化的含水硅酸鹽組合物的溫度活化催化劑組分，尤其是，用 于將可凝膠化的含水硅酸鹽組合物轉變?yōu)槿缟纤龅钠谕陌牍腆w、不可移 動的、凝膠化的物質。溫度活化催化劑的選擇至少部分與可凝膠化的含水硅 酸鹽組合物會被引入的地層溫度有關?？捎糜诒景l(fā)明可凝膠化的含水硅酸鹽 組合物的溫度活化催化劑包括，但不限于:硫酸銨，其適合在約60°F至約240°F 的范圍內(nèi)；酸式焦磷酸鈉，其最適合在約60。F至約240。F的范圍內(nèi)；檸檬酸， 其最適合在約60。F至約120。F的范圍內(nèi)；以及乙酸乙酯，其最適合在約60。F 至約120°F的范圍內(nèi)。通常，溫度活化催化劑以可凝膠化的含水硅酸鹽組合 物重量的約0.1%至約5%的范圍存在。當使用時，溫度活化的催化劑可以是 包含可凝膠化的含水硅酸鹽組合物工作液的組分，或者可以通過任何適當方 法分別將其引入地層中。
在其它具體實施方案中，可凝膠化的液體組合物可以包含可交聯(lián)的含水 聚合物組合物。通常，適當?shù)目山宦?lián)的含水聚合物組合物可以包含含水溶劑、 可交聯(lián)聚合物以及交聯(lián)劑。
含水溶劑可以是任何可交聯(lián)組合物和交聯(lián)劑可以溶解、混合、懸浮、或 分散于其中以促進凝膠形成的含水溶劑。例如，所使用的含水溶劑可以是淡 水、鹽水、卣水、海水、或任何其它含水液體，只要其不與根據(jù)本發(fā)明使用 的其它組分或地層發(fā)生不利的反應。
可用于可交聯(lián)的含水聚合物組合物中的可交聯(lián)聚合物實例包括，但不限 于含羧酸酯聚合物以及含丙烯酰胺聚合物。優(yōu)選的含丙烯酰胺聚合物包括 聚丙烯酰胺、部分水解的聚丙烯酰胺、丙烯酰胺和丙烯酸酯共聚物、以及丙 烯酸酯的含羧酸酯三元共聚物和四元共聚物。適當?shù)目山宦?lián)聚合物的其它實 例包括其中含有多糖及其衍生物的水合性聚合物，所述多糖及其衍生物包含 一個或更多個的單糖單元的半乳糖、甘露糖、葡糖苷、葡萄糖、木糖、阿糖、 果糖、葡糖醛酸、或吡喃糖基硫酸酯(pyranosyl sulfate)。適當?shù)奶烊凰闲跃?合物包括，但不限于瓜耳豆膠、刺槐豆膠、塔拉膠、魔芋膠、羅望子、淀 粉、纖維素、卡拉雅膠、黃原膠、黃芪膠以及角叉菜膠，以及上述所有的衍
生物?？捎糜诳山宦?lián)的含水聚合物組合物的適當水合性合成聚合物和共聚物 包括，但不限于聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、馬來酸酐、 甲乙烯醚聚合物、聚乙烯醇以及聚乙烯吡咯烷酮。所使用的可交聯(lián)聚合物應 當以足以在地層中形成所需凝膠化的物質的量存在于可交聯(lián)的含水聚合物組 合物中。在本發(fā)明的一些具體實施方案中，可交聯(lián)聚合物以水性溶劑重量的 約1%至約30%的量存在于可交聯(lián)的含水聚合物組合物中。在本發(fā)明的另一個
具體實施方案中，可交聯(lián)聚合物以水性溶劑重量的約1%至約20%的量存在于
可交聯(lián)的含水聚合物組合物中。
本發(fā)明的可交聯(lián)的含水聚合物組合物可以進一步包含用于交聯(lián)可交聯(lián)聚 合物以形成所需凝膠化的物質的交聯(lián)劑。在一些具體實施方案中，交聯(lián)劑可 以是一種含有活性過渡金屬陽離子的分子或絡合物。最優(yōu)選的交聯(lián)劑含有與 陰離子、原子氧或水絡合或結合的三價鉻陽離子。適當交聯(lián)劑的實例包括，
但不限于含有醋酸鉻和/或氯化鉻的化合物或絡合物。其它適當?shù)倪^渡金屬
陽離子包括氧化還原體系內(nèi)的鉻vi、鋁m、鐵n、鐵m以及鋯iv。
交聯(lián)劑尤其應當以足以提供所需交聯(lián)度的量存在于本發(fā)明的可交聯(lián)的含 水聚合物組合物中。在本發(fā)明的一些具體實施方案中，交聯(lián)劑以可交聯(lián)的含
水聚合物組合物重量的0.01%至約5%的量存在于本發(fā)明的可交聯(lián)的含水聚合
物組合物中。所使用交聯(lián)劑(一種或多種)的精確類型和數(shù)量取決于待交聯(lián)的具 體可交聯(lián)聚合物、地層溫度條件、以及其它為本領域技術人員所知的因素。
任選地，可交聯(lián)的含水聚合物組合物可以進一步包含交聯(lián)延遲劑，例如 來源于瓜爾膠、瓜爾衍生物、或纖維素衍生物的多糖交聯(lián)延遲劑?？山宦?lián)的 含水聚合物組合物中尤其可以含有交聯(lián)延遲劑，從而延遲可交聯(lián)的含水聚合 物組合物的交聯(lián)直到符合要求。憑借本文的幫助，本領域普通技術人員將會 知曉用于所需用途的可交聯(lián)的含水聚合物組合物中所含有交聯(lián)延遲劑的合適
在其它具體實施方案中，凝膠化的液體組合物可以包含可聚合的有機單 體組合物。通常，適當?shù)目删酆系挠袡C單體組合物可以包含水基流體、水溶 性可聚合的有機單體、去氧劑以及初級引發(fā)劑。
可聚合的有機單體組合物的水基流體組分通?？梢允堑Ⅺ}水、鹵水、 海水或其它任何含水液體，只要其不和根據(jù)本發(fā)明使用的其它組分或地層起
不利的反應。
多種單體適合用作本發(fā)明中的水溶性可聚合的有機單體。適當單體的實 例包括，但不限于丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、2-甲基
丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、2-二甲基丙烯酰胺、乙烯磺酸、甲基丙烯酸N,N-二甲胺基乙酯、甲基丙烯酸-2-三乙基氯化銨甲酯 (2-triethylammoniumethylmethacrylate chloride)、 N，N-二甲基-氨基丙基甲基丙 烯?；?酰胺、甲基丙烯酰胺丙基三乙基氯化銨、N-乙烯基吡咯烷酮、乙烯基 膦酸以及甲基丙烯酰氧基乙基三甲基硫酸銨，以及它們的混合物。優(yōu)選地， 水溶性可聚合的有機單體應當是自交聯(lián)的。自交聯(lián)的適當單體實例包括，但 不限于丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、N-羥甲基丙烯 酰胺、N-羥甲基-甲基丙烯酰胺、聚丙烯酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸乙二醇酯、 聚丙烯酸丙二醇酯、聚甲基丙烯酸丙二醇酯、以及它們的混合物。這些物質 中，優(yōu)選丙烯酸羥乙酯。特別優(yōu)選單體的一個實例是羥乙基纖維素-乙烯基膦 酸。
水溶性可聚合的有機單體(或者使用其混合物的多種單體)應當以在將可 聚合的有機單體組合物置入地層之后，足以形成所需凝膠化的物質的量包含 于可聚合的有機單體組合物中。在本發(fā)明的一些具體實施方案中，水溶性可 聚合的有機單體(一種或多種)以水基流體重量的約1%至約30%的量包含于可 聚合的有機單體組合物中。在本發(fā)明的另一個具體實施方案中，水溶性可聚 合的有機單體(一種或多種)以水基流體重量的約1%至約20%的量包含于可聚 合的有機單體組合物中。
可聚合的有機單體組合物中存在的氧可能抑制水溶性可聚合的有機單體 (一種或多種)的聚合過程。因此，可聚合單體組合物中可以含有去氧劑，例如 氯化亞錫。為了改善氯化亞錫的可溶性以使其能與可聚合的有機單體組合物 容易地即時結合，可以將氯化亞錫預溶于鹽酸溶液中。例如，可以將氯化亞 錫以所得溶液重量約10%的量溶于0.1重量％鹽酸水溶液中。所得氯化亞錫鹽 酸溶液可以以可聚合的有機單體組合物重量的約0.1%至約10%的量包含于可 聚合的有機單體組合物中。通常，氯化亞錫可以以可聚合的有機單體組合物 重量的約0.005%至約0.1%的量包含于本發(fā)明可聚合的有機單體組合物中。
使用初級引發(fā)劑，尤其是，用于引發(fā)用于本發(fā)明中的水溶性可聚合的有
機單體(一種或多種)的聚合。任何在水溶液中形成自由基的化合物(一種或多 種)都可以用作初級引發(fā)劑。尤其是，自由基起到了引發(fā)可聚合的有機單體組 合物中存在的水溶性可聚合的有機單體(一種或多種)聚合的作用。適合用作初 級引發(fā)劑的化合物包括，但不限于堿金屬過硫酸鹽；過氧化物；使用還原 劑的氧化還原系統(tǒng)(例如結合氧化劑的亞硫酸鹽)；以及偶氮聚合引發(fā)劑。優(yōu)選 的偶氮聚合引發(fā)劑包括2，2'-偶氮雙(2-咪唑-2-羥乙基)丙垸、2，2'-偶氮雙(2-氨基 丙垸)、4，4'-偶氮雙(4-氰戊酸)、以及2,2'-偶氮雙(2-甲基-N-(2-羥乙基)丙酰胺。 通常，初級引發(fā)劑應當以足以引發(fā)水溶性可聚合的有機單體(一種或多種)聚合 的量存在于可聚合的有機單體組合物中。在本發(fā)明的某些具體實施方案中， 初級引發(fā)劑以水溶性可聚合的有機單體(一種或多種)重量的約0.1%至約5%的 量存在于可聚合的有機單體組合物中。
任選地，可聚合的有機單體組合物進一步可以包含次級引發(fā)劑。例如， 在將未成熟的水基凝膠置于與地表混合物相比相對冷卻的地層的情形中，例 如在近海作業(yè)中將其放置在低于泥漿管線時，可以使用次級引發(fā)劑。次級引 發(fā)劑可以是任何一種或多種能與初級引發(fā)劑反應以在較低溫度下提供自由基 的適當水溶性化合物。適當次級引發(fā)劑的實例是三乙醇胺。在本發(fā)明的一些 具體實施方案中，次級引發(fā)劑以水溶性可聚合的有機單體(一種或多種)重量的 約0.1%至約5%的量存在于可聚合的有機單體組合物中。
任選地，本發(fā)明的可聚合的有機單體組合物進一步可以包含用于在所需 凝膠化的物質中使可聚合的有機單體組合物交聯(lián)的交聯(lián)劑。在一些具體實施 方案中，交聯(lián)劑可以是一種含有活性過渡金屬陽離子的分子或絡合物。最優(yōu) 選的交聯(lián)劑含有與陰離子、原子氧或水絡合或結合的三價鉻陽離子。適當交 聯(lián)劑的實例包括，但不限于含有醋酸鉻和/或氯化鉻的化合物或絡合物。其 它適當?shù)倪^渡金屬陽離子包括氧化還原體系內(nèi)的鉻VI、鋁III、鐵II、鐵III 以及鋯IV。通常，交聯(lián)劑可以以可聚合的有機單體組合物重量的0.01%至約 5%的量存在于可聚合的有機單體組合物中。
因此，本發(fā)明非常適合于實現(xiàn)所提到的目標和優(yōu)點及其所固有的特點。 盡管可以由本領域技術人員作出許多變化，但是這種變化都在如所附權利要 求所定義的本發(fā)明精神范圍之內(nèi)。由于可以用不同但卻等同的方式修改和實 踐本發(fā)明，而這些方式對于具有本文教導幫助的本領域技術人員來說是顯而
易見的，因此以上公開的特定具體實施方案僅僅是說明性的。進一步地，除 以下權利要求中所描述的以外，本文所示構造或設計的細節(jié)都沒有限制。因 此顯然，可以改變或修改以上公開的特定說明性具體實施方案，并且所有這 種變化都認為屬于本發(fā)明的精神和范圍。尤其是，本文所公開的每一數(shù)值范
圍(例如，"約a至約b，"或者，相等的，"約a至b,"或者，相等的，"約a-b") 應被理解為是指各個數(shù)值范圍的冪集(全部子集的集合)。除非另由專利權人明 確并且清楚地定義，否則所附權利要求中的術語具有它們簡單、普通的含義。
權利要求
1.一種方法，其包括沿井筒在地層的未膠結部分中產(chǎn)生或者加深至少兩條槽，其中這些槽沿所述井筒的內(nèi)表面彼此以約180度設置；將膠結劑引入所述地層的所述未膠結部分的這些槽中；和在一部分所述地層中產(chǎn)生或加深至少一條裂縫。
2. 如權利要求1所述的方法，其中所述膠結劑選自樹脂、增粘劑、含水的可交聯(lián)凝膠組合物、可凝膠化的含水硅酸鹽組合物、可聚合的有機單體組合 物、以及它們的混合物。
3. 如權利要求1所述的方法，其中所述膠結劑包括選自如下的可聚合的有機單體丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、N-羥甲基丙烯酰胺、N-羥甲基-甲基丙烯酰胺、聚丙烯酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸乙二醇酯、聚丙烯酸丙二醇酯、聚甲基丙烯酸丙二醇酯、以及它們的混合物。
4. 如權利要求1所述的方法，其中沿井筒在地層的未膠結部分中產(chǎn)生或加深至少一條槽，包括沿井筒在地層的未膠結部分中水力噴射至少一條槽。
5. 如權利要求1所述的方法，其中所述槽包含至少約1英寸的長度。
6. 如權利要求1所述的方法，其中所述槽包含約0.25英寸至約1英寸范 圍的寬度。
7. 如權利要求1所述的方法，其進一步包括將與所述地層的所述未膠結部 分鄰近的所述井筒區(qū)域隔離。
8. 如權利要求1所述的方法，其進一步包括將預沖洗液引入所述地層中。
9. 如權利要求1所述的方法，其中在所述膠結劑將所述地層的所述未膠結 部分至少部分地膠結之前，進行在一部分的所述地層中產(chǎn)生或加深至少一條 裂縫的步驟。
10. 如權利要求1所述的方法，其中在所述地層部分中產(chǎn)生或加深至少一 條裂縫，包括使用水力噴射技術或精密增產(chǎn)技術在所述地層部分中產(chǎn)生或加 深至少一條裂縫。
11. 如權利要求1所述的方法，其中所述井筒是無套管井筒。
12. —種方法，其包括沿井筒將膠結劑引入地層的未膠結部分中的至少兩條預形成槽中，其中所述槽沿所述井筒的內(nèi)表面彼此以約180度設置；和 在一部分所述地層中產(chǎn)生或加深至少一條裂縫。
13. 如權利要求13所述的方法，其中所述井筒是無套管井筒。
14. 如權利要求13所述的方法，其進一步包括將與所述地層的所述未膠結 部分鄰近的井筒區(qū)域隔離。
15. 如權利要求13所述的方法，其中所述膠結劑包括選自如下的可聚合的 有機單體丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、N-羥甲基丙 烯酰胺、N-羥甲基-甲基丙烯酰胺、聚丙烯酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸乙二醇 酯、聚丙烯酸丙二醇酯、聚甲基丙烯酸丙二醇酯、以及它們的混合物。
16. —種方法，其包括沿井筒確定地層的未膠結部分的最大水平應力方向； 沿所述井筒在所述地層的所述未膠結部分中產(chǎn)生或加深至少兩條槽，其 中所述槽以大致平行于所述地層的未膠結部分的最大水平應力方向的方向貫穿所述地層，并且其中所述槽沿所述井筒的內(nèi)表面彼此以約180度設置；將膠結劑引入所述地層的所述未膠結部分的至少一條槽中；和 在一部分所述地層中產(chǎn)生或者加深至少一條裂縫。
17. 如權利要求15所述的方法，其中所述槽以離所述地層的所述未膠結部 分的最大水平應力方向約15度之內(nèi)的方向貫穿所述地層。
18. 如權利要求15所述的方法，其中所述井筒是無套管井筒。
19. 如權利要求15所述的方法，其進一步包括將與所述地層的所述未膠結 部分鄰近的井筒區(qū)域隔離。
20. 如權利要求15所述的方法，其中所述膠結劑包括選自如下的可聚合的 有機單體丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥甲酯、甲基丙烯酸羥乙酯、N-羥甲基丙 烯酰胺、N-羥甲基-甲基丙烯酰胺、聚丙烯酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸乙二醇 酯、聚丙烯酸丙二醇酯、聚甲基丙烯酸丙二醇酯、以及它們的混合物。
全文摘要
本發(fā)明提供了穩(wěn)定地層的未膠結部分的方法。在一個具體實施方案中，該方法包括沿井筒在地層的未膠結部分產(chǎn)生或加深至少兩條槽，其中所述槽沿所述井筒的內(nèi)表面彼此以約180度設置；將膠結劑引入所述地層的所述未膠結部分的所述槽中；并且在一部分所述地層中產(chǎn)生或加深至少一條裂縫。
文檔編號E21B43/26GK101360884SQ200680051544
公開日2009年2月4日 申請日期2006年11月21日 優(yōu)先權日2005年11月22日
發(fā)明者P·D·阮 申請人:哈利伯頓能源服務公司