專利名稱：除去液態水改善細粒土層的滲透性的制作方法
技術領域：
本發明涉及到一種在含有細粒土層中改善流體流動效率的方法。
在土層中流體流動效率部分取得于該土層的滲透性，若能增加其滲透性，就可以改善儲水量和灌入量。
以前增加土層滲透性的嘗試都未能做到從井孔或斷裂面往下滲透超過一英尺，而按本發明可使其滲透深入土層內。
本發明是在含有細粒土層中，以增加該部分土層的滲透性(如該部分為石油儲層)來改善其流體流動效率的方法。通過采用蒸發和去掉該部分中的液態水，來增加該部分土層的滲透性。最好是將幾乎所有液體水都除去。
本發明在某種程度上基于這一發現，該發現就是用蒸發的辦法把該液態水從粘土質儲水層中除去，以增加其滲透性。這種滲透性的增加如乎是在蒸發過程的后期，由在液態/氣態界面處的面際張力而產生的粘土顆粒纏結到巖層孔壁上而引起的。
在本發明的一個實施例中，在土層的外界壓力下，將該部分土層加熱到水的沸點以上的溫度來將液態水蒸發掉，也可以通過在其內部采用就地燃燒，孔下燃料點火加熱或高頻振蕩的辦法來對該部分土層加熱。
在另一實施例中，用注入該土層一種氣體(如氮氣)的方法來蒸發掉這種液態水，這種氣體對水而言是不飽和的，最好是加熱了的氣體。
在再一個實施例中，該部分土層的滲透性是通過將過熱的蒸汽注入該土層中以除去液態水的辦法來增加的。
還在另外的實施中，通過將蒸汽注入土層中的井孔內，并噴出該蒸汽未蒸發幾乎所有的液態水的辦法來蒸發掉該液態水。隨著所注入的蒸汽的性能的提高，這個過程的效率也會提高。
在這些實施例之前，與水不互溶的流體可以從部分土層中排出一部分的液態水，這種流體可以是氣體，如氮氣或天然氣。
為了便于理解本發明，現對本發明最佳實施例的附圖作一些說明，不過這些附圖僅僅是舉例，不應該被構成對本發明的限制。
圖1為通過烘干后所觀察到的粘土結構變化的示意圖;
圖2為對凈化粘土的掃描電子顯微鏡的顯微照片，表示因烘干而纏結的粘土結構;
圖3為烘干加利福尼亞儲層砂后其滲透效果圖。
概括地說，本發明是一種在含有細粒土層中，通過增加該部分土層的滲透性來改善流體流動效率的方法，而增加滲透性又是通過從該部分土層中蒸發掉液態水來除去該土層中的液態水來實現的。
所說的“含有細粒的土層”的指一種含有球面相當直徑小于4微米的粘土礦物或其它細粒礦物，所說的“球面相當直徑”是指在重力作用下，以上述顆粒相同的速度穿過一粘性介質自由落下的相同物質的球面顆粒的直徑。該土層最好是石油儲層的一部分。
當通過蒸發從粘土巖層中去掉幾乎所有的液態水時，粘土顆粒如乎纏結了。因此，增加了該巖層的滲透性，如乎當去掉幾乎所有水時才會發生這種“纏結”效果。但是，對某些儲水層來說，去掉少于幾乎所有應去掉的水也能達到這種效果。
滲透性的增加被認為是在圖1所示的液相蒸發過程中，由降低蒸汽/液體界面使細粘土粒度的巖層顆粒纏結而引起的。儲水層粘土總是以液相出現，這種液相通常伴隨著砂粒表面。巖層內水的蒸發首先是在較大的孔內發生的，繼續烘干時會引起蒸汽/液體界面移動進入較小的孔和粘土基體內，當該界面通過很脆的粘土基體時，由降低界面使該粘土畸變并毀壞，最后，大多數粘土材料被纏結在砂粒上。這種粘土纏結過程有效地增大了流體流動孔道的大小，并增加了滲透性。
圖2的掃描電子顯微鏡顯微照片表示了對加利福尼亞儲水層砂粒中的凈化粘土結構的空氣烘干效果。在彼此幾毫米之內提取了二個相鄰砂粒的樣品，用一種防止界面移過砂粒的辦法來可混熔地清除該二個樣品的油。一個樣品放在一烘箱內，在110℃下用空氣烘干，而另一個是用液態的二氧化碳來烘干到臨界點來去掉液態水，而并不穿過砂粒的界面。如圖2所示，到該臨界點烘干的樣品保持了細的自生粘土結構，而在空氣中烘干的樣品中的粘土結構被明顯地改變了。在空氣烘干過程中，因穿過粘土基體的高能量空氣/水的界面，該粘土好象是纏結在砂粒上面。
相同的加利福尼亞儲層砂的烘干的滲透效果如圖3所示。為了用注入或噴出蒸汽的辦法促使在現場儲水巖層干燥，在一高溫滲透儀內使溫度為450°F，壓力為800Psi的熱的液態水穿過鉆孔。在流動和溫度穩定后，孔內壓力下降到50Psi，從而引起液態水的蒸發和砂粒的干燥。在每種情況下，在蒸汽噴出之前和噴出之后，都可以立即測定對液態水的滲透率。如圖3所示，在所有情況下，在噴出以后的滲透率(Kf)要比在噴出之前的(Ki)要高得多。這證明了在促進滲透方面在現場所模擬的儲水巖層烘干的有效性。
一種從部分土層中蒸發掉液態水的方法是在該部分土層的外界壓力下將該部分土層加熱到超過水的沸點的溫度。這可以通過各種辦法來實現，如就地燃燒、孔下燃料點火加熱或高頻振蕩，這些方法在美國專利3173483號，名稱為“用于孔下燃氣加熱器的控制方法和系統”，美國專利3241615號，名稱為“用于井孔的孔下燃燒器”，和美國專利4250962號，名稱為“用于從地下構造中分離液態含碳燃料的現場燃燒工藝”中公開了。因此，參考上述的專利技術使全部目的更為具體化了。
另一種蒸發液態水的方法是給土層內注入氣體，如氮氣，就水而言這種氣體可以不飽和，“不飽和”是指該氣體在現存條件下含有比它能夠含有的水蒸汽要少的水蒸汽。該氣體最好是在注入之前加熱，以便提高它的不飽和程度。
另一種蒸發液態水的方法是在該土層中注入蒸汽，并噴出蒸汽以蒸發幾乎全部的液態水。“噴出”是指突然降低對蒸汽的壓力，這種突然降低壓力會引起蒸汽迅速噴發，并使水的液相轉變為氣相。同一般規律那樣，隨著所注入的蒸汽的質量的提高，這個過程的效率也會提高，這是由于高質量的蒸汽所含有的將要變成蒸汽的液態水要少一些。
在另一個實施例中，通過給土層注入過熱蒸汽來從該部分土層中除去液態水。過熱蒸汽既可以從該部分土層中排去某些現存的孔隙水，也可以蒸發掉剩下的孔隙水。“過熱蒸汽”是指在其注入壓力下被加熱超過其飽和點的蒸汽。
在使用這些方法中的任何一種方法之前，可以使用一種與水不相溶的流體來從該部分土層中排去部分液態水，從而減少了需要蒸發的液態水的量。這種流體可以是氣體，如氮氣或天然氣。
盡管參照特定的實施例對本發明作了描述，但是，本申請想要包括那些不離開所附權利要求的精神和范圍，由本領域的普通技術人員可以做出來的各種變化和替換。
權利要求
1.一種在含有細粒的土層中改善其流體流動的效率的方法，該方法包括通過采用蒸發液態水，從所述部分土層中除去其液態水來增加該部分土層的滲透性。
2.一種是權利要求1所述方法，其特征在于所述部分土層是一石油儲層。
3.一種是權利要求1所述方法，其特征在于幾乎所有的所述液態水被除去了。
4.一種如權利要求1所述方法，其特征在于在所述部分土層的周圍壓力下，通過將所述土層加熱到水的沸點以上的溫度以蒸發掉所述液態水。
5.一種如權利要求4所述方法，其特征在于通過在所述土層中采用現場燃燒、孔下燃料點火加熱或高頻振蕩所組成的該組技術中所選定的加熱方法來對所述部分土層進行加熱。
6.一種如權利要求1所述方法，其特征在于通過對所述土層注入氣體來蒸發掉所述液態水，這種氣體就對液態水而言是不飽和的。
7.一種如權利要求6所述方法，其特征在于所述氣體在注入前是加熱的。
8.一種如權利要求7所述方法，其特征在于所述氣體實際上是氮氣。
9.一種如權利要求1所述方法，其特征在于在所述蒸發之前，一種與水不互溶的流體從所述部分土層中排出了一部分所述液態水。
10.一種如權利要求9所述方法，其特征在于所述的流體是氣體。
11.一種如權利要求10所述方法，其特征在于所述氣體基本上由包括氮氣和天然氣的一類中來選擇的。
12.一種在含有細粒土層中改善流體流動效率的辦法，包括采用按如下步驟從所述土層中除去液態水來增加所述部分土層的滲透性;(a)將蒸汽注入所述土層的井孔內;(b)噴出所述蒸汽來蒸發掉幾乎所有的液態水，并使被蒸發的所述液態水離開所述土層。
13.一種在含有細粒的土層中改善流體流動效率的方法，包括通過采用給所述土層注入過熱蒸汽來從所述部分土層中除去液態水，來增加所述部分土層的滲透性。
全文摘要
本發明公開了一種改善石油儲層中流體流動效率的方法。它采用蒸發液態水，從該儲層中除去幾乎所有液態水來增加該部分儲層的滲透性。在其周圍壓力下將該部分儲層加熱到水的沸點以上的溫度，或通過給該儲層注入氣體(如加熱的氮氣)，或將蒸汽注入該部分儲層中的孔內并將它噴出以蒸發掉幾乎所有液態水，再使蒸發的液態水離開該儲層，也可將過熱蒸汽注入該儲層中。在用上述方法蒸發之前，氮氣或天然氣可以從該土層中置換掉部分液態水。
文檔編號E21B43/24GK1068624SQ91105650
公開日1993年2月3日 申請日期1991年7月17日 優先權日1991年7月11日
發明者M·G·里德 申請人:切夫里昂研究和技術公司