对暴露地质层进行化学处理的方法和装置制造方法及图纸

公开了一种加固具有暴露地质层的井孔的方法，该方法包括：确定或估计暴露地质层的材料性能；确定实现所希望的暴露地质层性能改进所需要的暴露地质层材料性能变化；和通过注入现场固化形成土工合成复合物的制剂来处理该地质层以提高材料性能值。在另一个方面，本发明专利技术涉及一种在最少化学物质处理条件下利用所述方法的装置，该装置是不需要大混合槽的自动在线化学计量和泵送装置。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及井孔的化学处理。更具体地，本专利技术涉及使用土工合成复合物对井孔中暴露地质层进行化学处理以相对未处理地质层提高性能的方法和装置。
技术介绍
穿入土地以用于提取矿质沉积物如油和天然气的井孔穿过了许多并且变化的地质层。这些地质层具有变化的化学组成、渗透性、孔隙度、孔隙流体、内(孔)压力和材料性能。明显影响建井操作的重要材料性能包括抗压强度、拉伸强度、断裂初始压力、断裂扩展压力、杨氏(弹性)模量、泊松比和体积模量。地层压力、地层材料性能和地层流体类型的广泛差异通常需要对某些地质层进行隔离和处理。可以利用钢套或者利用水泥或本领域公知的其它处理来尝试对具体的地层进行隔离和强化。在将钢套粘合在井孔中以隔离具有明显不同性能的地质层的情况下，这些套管柱的每一个都是昂贵的并且当井孔被加深时导致在随后的区域中井孔的直径减小。因此，希望最小化到达所希望深度时所需的套管柱个数。在本领域中还公知的是使用水泥来内衬井孔，然而水泥的缺点在于固化步骤可能需要高达24小时，这是一个不成比例的长的等待时间，尤其是当生产场所是非常昂贵的海上操作的时候。水泥的另一个缺点是由于其基于颗粒的结构，该材料在地层中具有相对差的渗透能力，这可能导致降低的密封效果。在本领域中公知多种密封剂被用于内衬或加固井孔。在使用密封剂的情况下，对于每一个井而言必须选择可与使用的钻井/完井液相容的树脂或单体。环氧树脂提供了最好的抗压强度、拉伸强度和粘合性。然而，环氧树脂和/或它们的固化剂通常具有差的与烯烃、酯和石蜡烃流体的相容性以及差的性能。可以获得可溶于烯烃、酯和石蜡烃流体的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯树脂/单体。然而，这些单体和树脂不能单独提供用于土工合成复合物衬里所需类型的材料性能。它们通常具有差的拉伸强度、差的断裂韧度和低的抗压强度。含有预聚物的丙烯酸酯单体混合物具有改进的拉伸强度、抗压强度和断裂韧度。然而，以这些混合物使用的预聚物通常不溶于前述烃流体。使用水泥和密封剂用于砂层加固的多种方法是公知的。已经使用的密封剂包括，例如橡胶基乳液(US 4,649,998)、胶乳基组合物(US5,159,980)、及有时加入苯乙烯/丁二烯的水泥基组合物(US4,721,160和US 5,258,072)。还参见US 6,177,483，其利用胶乳基的凝固组合物。这些参考文献大体描述了在砂层加固中使用所述材料而不是用于通常的加固井孔以不再需要套管。US 5,849,674公开了一种包含粘土、聚合物、交联剂和液体的组合物，其中所述粘土、聚合物、交联剂和液体各自以有效形成凝胶的量存在于所述组合物中。US 5,443,123公开了一种加固被井孔穿透的地层中的松软颗粒的方法，其通过以下方式完成将要注入井孔的流体引入盘管，同时使该盘管位于井孔的外面，此后在循环口响应于气体发生器点火的变化延迟点火头的启动而打开之后，将流体从盘管泵送到井孔内。用于地层加固的多种方法公开于例如美国专利Nos.3,536,137；3,759,327；4,042,032；4,427,069；4,669,543；5,101,900；5,145,013；5,154,230；5,178,218和4,936,385中。在本领域中公知的是使用自动化系统来分配化学处理剂。通常将这些化学物质在大槽中混合，所述大槽必须清洗，并在混合过程中及随后清洗容器的过程中人员通常暴露于有害化学物质。在本领域中需要一种方法来分析暴露地质层的材料性能，并且确定继续钻井操作同时减少或消除对设置附加套管柱的需要时所需的暴露地层材料性能变化。另外，如果存在以下的系统和装置将是非常有价值的该系统和装置基于地质层的材料性能来选择化学处理类型，并且能够以人们不必将有害化学物质混合或者清洗被有害化学物质污染的容器的方式自动地施用处理剂。
技术实现思路
根据上述内容，本专利技术是一种方法，例如用于在将井钻得更深时最小化对附加套管需要的方法。本方法包括以下步骤确定或估计地层中暴露地质层的材料性能；确定实现所希望的暴露地质层性能改进所需要的暴露地质层材料性能变化；和通过将化学处理剂注入地层附近井孔形成从井孔壁径向延伸的土工合成复合物来处理该地质层，以获得所需的改进材料性能值。在一些实施方案中，所选的组分(i)或(ii)可溶于包含C7-C20烯烃、酯、石蜡油及其混合物的不含水钻井液和逆乳液钻井液，并且还可溶于柴油和矿物油及其与C7-C20烯烃、酯和石蜡油的混合物。该处理制剂还可以包含选自以下物质的引发和控制聚合时间的添加剂引发活性组分(i)聚合的酸性或形成酸的添加剂，引发活性组分(ii)聚合的形成自由基的添加剂。任选有延迟聚合开始直到注入地层的完井结束的反应阻滞剂或聚合抑制剂。在一些实施方案中，该处理制剂还包含例如选自一种或多种以下物质的其它添加剂a)偶联剂；b)悬浮剂；c)染料；d)增重剂；e)堵漏材料；f)示踪剂和g)本领域公知的其它添加剂；或其任意组合。可以改变该制剂，包括每一组分的量、丙烯酸酯/甲基丙烯酸酯单体的类型、和热塑性弹性体的化学组成和材料性能，以提供通过化学处理现场形成的土工复合物所需的材料性能。本专利技术的方法包括其它的化学处理制剂，特别是其中将单体、低聚物或溶解的聚合物置于井孔周围的地层中以例如降低孔隙度和/或渗透率、或者提高地层强度以能够减少放置在井孔中的套管柱数目而继续钻井的聚合处理。在另一个实施方案中，本专利技术可以表征为一种用于在最少化学物质处理下实施所述方法的装置，该装置是一种不需要大混合槽的自动化在线化学计量和泵送装置，其包括1.关闭和密封的在线混合室，其具有调节流入所述室的井孔流体例如钻井液、完井液、封隔液流量的装置；2.所述用于调节流量的装置包括带有调节所述井孔流体流入所述在线混合室的流体流量的反馈装置的阀、可调节阀或孔口、井孔流体和流量计；3.装有化学组分的多个容器，每一个通过软管或管线与混合容器流体连通，其中从装有化学组分的容器到在线混合室的每一软管或管线均包括与计算机控制器相连的泵和流量计；和4.其中所述在线混合室与泵流体连通，并且其中在注入地质层之前所述在线混合室将所述化学组分与井孔流体混合。在不需要与井孔流体混合情况下单独泵送化学处理剂化合物也在本专利技术范围内。附图说明图1是本专利技术中用于混合和泵送化学处理制剂的在线装置示意图。图2是表示组分线路的可供选择位置的示意图。图3是过滤速率随时间变化图。具体实施例方式本专利技术提供了使用共同待审美国专利申请序列号60/576430和60/576440(在此引入作为参考)的化学制剂的方法和装置，尽管可以使用其它制剂并且使用其它制剂也在本专利技术的范围内。本专利技术提供了选择和施用化学制剂以加固所遇到的地质层材料性能并且现场形成土工合成的岩石-塑性复合物的方法。该化学处理剂内衬井孔并且在由井孔径向延伸的土地中形成土工合成复合物套管，这使得可以消除以所需间隔将钢套管粘合到土地中以隔离性能明显不同的地质层所必需的井孔直径减小。这可以减少在土地中形成特定深度的井孔所需的套管柱数目。在本专利技术的一些实施方案中，本专利技术的方法能够在达到所需深度之后形成用单根套管或不超过两根套管柱内衬的单一直径或单孔的井孔。本方法中的第一个步骤可以是确定或估计暴露地质层的材料性能。在此暴露地质层包括钻探井孔从中通过的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加固具有暴露地质层的井孔的方法，其包括以下步骤：确定或估计暴露地质层的材料性能；确定实现所希望的暴露地质层性能改进所需要的暴露地质层材料性能变化；通过注入现场固化形成土工合成复合物的制剂来处理该地质层以提高材料性能值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：KM考威，
申请(专利权)人：国际壳牌研究有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]