处理酸性气体贮藏井周围区域的方法

申请号 CN200980141651.X 申请日 2009-04-28 公开(公告)号 CN102159473A 公开(公告)日 2011-08-17
申请人 IFP新能源公司; 发明人 L·康杰米; B·赫扎夫特; E·勒科里尔; X·朗格格尤; D·巴斯吉耶; O·维克; C·威特瑞士齐;
摘要 使用 反应性 溶液处理 酸性气体 贮藏井(1)周围区域的方法,其中进行下面阶段:a)从该井注入用于洗涤所述周围区域的 岩石 的洗涤 流体 ,使得其不再含有与所述溶液反应的产物,b)将预定体积的适于与酸性气体反应的反应性溶液注入到如此洗涤的岩石中。
权利要求

1.一种使用反应性溶液处理酸性气体贮藏井周围区域的方法,其中进行下面阶段:
a)从该井注入用于洗涤所述周围区域的岩石的洗涤流体,使得其不再含有与所述溶液反应的产物,
b)将预定体积的适于与酸性气体反应的反应性溶液注入到如此洗涤的岩石中,所述溶液包含化物以便在与于酸性气体接触时使矿物沉淀到岩石中。
2.权利要求1所述的方法,其中在阶段a)和b)之前贮藏酸性气体。
3.权利要求1或2所述的方法,其中所述反应性溶液适于使酸盐、碳酸氢盐或硫化物沉淀。
4.前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述碱性氧化物选自:碱金属或碱土金属的氧化物,它们的合形式,Zn、Ti、Mn、Fe、Zr的氧化物或它们的混合物。
5.前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述碱性氧化物来自以下矿物:碱性和超碱性岩石,例如玄武岩,蛇纹岩,橄榄岩,可能经煅烧的菱镁矿,白石,钠长石,水合或未水合的水泥,超细水泥,高炉炉渣,地质聚合物,碱性酸盐,硅石,波瓦尔材料,石膏,渣,滑石,高岭土,可能经煅烧的其它粘土,微硅粉,飞灰,沸石。
6.前述权利要求中任一项所述的方法,其中在注入反应性溶液后将所述井封堵。
7.前述权利要求中任一项所述的方法,其中在钻取到所述气体贮藏位置上方的地质覆盖层中之后进行所述阶段a)和b)以便减少或封堵所述区域中可能的酸性气体泄漏
8.前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述反应性溶液包含预定颗粒尺寸的氧化物,所述尺寸取决于注入的多孔介质的性质。
9.前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述反应性溶液包含流变性能控制剂例如水溶性聚合物,缔合聚合物,粘土。
10.前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述碱性氧化物是胶体颗粒。
11.前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述洗涤溶液呈水性。
12.前述权利要求中任一项所述的方法,其中就优化的酸性气体置换而言来确定洗涤溶液的密度和流动性能。

说明书全文

处理酸性气体贮藏井周围区域的方法

发明领域

[0001] 本发明涉及酸性气体的地质贮藏领域,所述酸性气体包括CO2。特别地,本发明涉及将进入地质地层的经封闭,其中通过注入实现所述贮藏。目标之一是防止酸性气体例如CO2通过所述井或周围区域发生泄漏
[0002] 发明背景
[0003] 井废弃操作是已知的,其中将各种性质的封堵物(由膨胀材料制成的机械封堵剂,泥封堵剂,树脂封堵剂)给加到井套中。然而,对于酸性气体贮藏,,特别是CO2,这些材料和经受腐蚀套管的耐久性不足。
[0004] 通过井射孔强制注入(压挤)特殊的封堵产品以密封多孔且可渗透的地层也是已知的。然而,所注入的产品的位置难以控制,这使封堵效率不可预测。
[0005] 发明概述
[0006] 因此本发明涉及一种使用反应性溶液处理酸性气体贮藏井(1)周围区域的方法,其中进行下面阶段:
[0007] a)从所述井注入用于洗涤所述周围区域的岩石的洗涤流体,使得其不再含有与所述溶液反应的产物,
[0008] b)将预定体积的适于与酸性气体反应的反应性溶液注入到如此洗涤的岩石中,所述溶液包含化物以便在与于酸性气体接触时使矿物沉淀到岩石中。
[0009] 根据该方法,可在阶段a)和b)之前贮藏酸性气体。
[0010] 反应性溶液适于使酸盐、碳酸氢盐或硫化物沉淀。
[0011] 碱性氧化物选自:碱金属或碱土金属的氧化物,它们的水合形式,Zn、Ti、Mn、Fe、Zr的氧化物或它们的混合物。
[0012] 碱性氧化物来自以下矿物:碱性和超碱性岩石,例如玄武岩,蛇纹岩,橄榄岩,可能经煅烧的菱镁矿,白石,钠长石,水合或未水合的水泥,超细水泥,高炉炉渣,地质聚合物,碱性金属酸盐,硅石,波瓦尔(pouzzolanic)材料,石膏,渣,滑石,高岭土,可能经煅烧的其它粘土,微硅粉(silica fumes),飞灰,沸石。
[0013] 可在注入反应性溶液后将所述井封堵。
[0014] 可在钻取到所述气体贮藏位置上方的地质覆盖层中之后进行所述阶段a)和b)以便减少或封堵所述区域中可能的酸性气体泄漏。
[0015] 反应性溶液可包含预定颗粒尺寸的氧化物,所述尺寸取决于注入的多孔介质的性质。
[0016] 反应性溶液可包含流变性能控制剂例如水溶性聚合物,缔合聚合物,粘土。
[0017] 碱性氧化物可以是胶体颗粒。
[0018] 洗涤溶液可以呈水性。
[0019] 可就优化的酸性气体置换而言来确定洗涤溶液的密度和流动性能。
[0020] 附图简述
[0021] 通过阅读以非限制举例方式给出的实施方案的以下描述,并参考附图,本发明的其它特征和优点将变得明显,其中:
[0022] -图1图示了本发明的一个实施方案,和
[0023] -图2图示了本发明的另一个实施方案。
[0024] 详述
[0025] 本发明的原理是基于将接触酸性气体时具有反应性的物质设置在井周围区域中,从而在地表和地质酸性气体储藏之间产生通道。反应的结果是极大地限制油藏岩石的可渗透性和甚至使其封堵在井周围区域中。
[0026] 图1显示了钻穿在油藏岩石3上方的盖岩2的井眼1。井眼1的眼孔1中通过胶结性材料5套有管4。通过钻道6进入油藏。将用滤器封端的注入管7降低到井中,并且用商业上已知的封隔器9型或等效方式的密封装置将所述注入管和套管之间的环带进行密封。
[0027] 图1的图示显示了非限制性的经设备实例,其它变化形式适用于本发明,特别是用于水平井的完井物或井设备。
[0028] 通过管7进行酸性气体的注入。一旦完成油藏的填充,进行洗涤操作以便将CO2或H2S从待处理的区域10驱出。优选使用水,但是还可使用其它流体用于洗涤,只要它们发挥等效的功能。例如,可加入稠化添加剂来改善洗涤。
[0029] 洗涤液的体积必须足以将酸性气体从井周围区域起驱出至少数米的径向距离。优选用水的这种冲洗因此确保包含反应性物质的配制剂在井周围区域中的良好注入性。在不存在冲洗时,该方法是无效的,这是因为存在快速形成浅表矿物化合物(碳酸盐和/或硫化物)的险,其可局部地导致井眼阻塞,因而限制井周围被该反应性配制剂侵蚀。
[0030] 在洗涤后,然后将包含对酸性气体具有反应性的产品的配制剂注入井周围区域中并且注入在数米的半径内。箭头11图解了所述注入。
[0031] 对于CO2(超临界或水溶液形式)或酸性气体在井周围区域中的流通,反应性物质的目标是通过引起周围区域的极大可渗透性降低而使这种酸性气体矿化,这显著允许保护井不受酸性气体侵蚀。
[0032] 用于本发明的这种反应性物质选自通式MxOy的碱性氧化物,M是选自碱金属、碱土金属或其它元素的元素,其特征在于,在水存在时,它们至少部分地离解形成氢氧离子,以及在于在酸性气体例如CO2或H2S存在下它们反应分别形成弱水溶性的碳酸盐或硫化物。
[0033] 碱金属氧化物或碱土金属氧化物优选选自特别如下:钠、、钙、钡和镁的氧化物,或它们的水合形式(LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH、Ca(OH)2、Sr(OH)2、Ba(OH)2、Mg(OH)2),以及Zn、Ti、Mn、Fe、Zr的氧化物。
[0034] 这些氧化物的形式可以为矿物颗粒,所述矿物选自碱性或超碱性岩石(例如富含镁的玄武岩、蛇纹岩、橄榄岩),可能经煅烧的菱镁矿,白云石,钠长石,水合或未水合的水泥,超细水泥,高炉炉渣,地质聚合物,碱性硅酸盐,钙硅石,pouzzolanic物质和其它一般粘合剂,石膏,渣块,滑石,高岭土,可能经煅烧的其它粘土,微硅粉,飞灰,沸石。
[0035] 优选具有大比例的镁氧化物和/或钙氧化物的矿物,这些矿物在CO2存在下形成非常稳定的碳酸盐。
[0036] 下面给出各种钙和镁氧化物的碳酸化反应的实例:
[0037] ○氧化钙:CaO+CO2→CaCO3
[0038] ○氧化镁:MgO+CO2→MgCO3
[0039] ○氢氧化钙(石灰):Ca(OH)2+CO2→CaCO3+H2O
[0040] ○氢氧化镁:Mg(OH)2+CO2→MgCO3+H2O
[0041] ○滑石:1/3Mg3Si4O10(OH)2+CO2→MgCO3+4/3SiO2+1/3H2O
[0042] ○镁橄榄石:1/2Mg2SiO4+CO2→MgCO3+1/2SiO2
[0043] ○钙硅石:CaSiO3+CO2→CaCO3+SiO2
[0044] 当酸性气体倾向于返回到井中时,这些碱性物与来自储藏的酸性气体反应并且使其在井周围多孔介质的孔隙中以碳酸盐或碳酸氢盐矿化(在CO2的情形中),和以硫化物的形式矿化(在H2S的情形中),因此减小周围区域中的孔隙率和可渗透性,且因此降低酸性气体通过井到达表面的潜在泄漏的速率。沉淀的矿物还形成保护层,该保护层用于使井设备不遭受所贮藏的酸性气体。
[0045] 使这些碱性物进入水溶液或甚至过饱和溶液即悬浮液。对于悬浮液,必须就介质的孔隙率来调节和控制颗粒尺寸,这是因为颗粒尺寸必须足够小以进入多孔介质。这通过严格选择构成配制剂的氧化物(或氧化物混合物)及其良好的分散性得以提供。所选颗粒的D50优选为0.2-200μm,D90必须小于地层孔隙评价直径的1/3。可优选使用保护不同颗粒尺寸的混合物的配制剂。
[0046] 使所选择的氧化物的比表面积最大化以便具有最大量的反应性。
[0047] 还调节如此形成的悬浮液的流变能以确保高效注入并同时避免压裂。根据在其内进行注入的岩石地层的特性,调节悬浮液的粘度使得注入压力介于孔隙压力和介质的压裂压力之间。还对粘度进行调节以便在整个注入过程中维持所述颗粒处于悬浮。寻求1mPa.s至1Pa.s的粘度。
[0048] 因此有利地加入足够高摩尔质量的流变能力调节添加剂,特别是在碱性介质中稳定的水溶性聚合物,从而确保在自阻断配制剂中低的聚合物添加剂体积分数下的粘度作用。
[0049] 可使用带有羧酸酯基团、磺酸酯基团或磷酸酯基团的乙烯基聚合物,例如摩尔质6
量高于10g/mol的聚丙烯酸酯,或磺化聚合物例如聚苯乙烯磺酸盐,聚磺酸盐。
[0050] 还可加入胶态颗粒,例如膨胀性粘土如斑脱土,蒙脱石,它们的薄片分散在碱性水相中并且它们的作用是赋予流体流动点(yield point),这对于矿物颗粒(例如处于过饱和的碱性氧化物)的有效悬浮是有用的。
[0051] 此外,根据介质的特性(岩石压裂压力)关于液静压来调节配制剂的密度。将由此所选的氧化物或它们的混合物根据它们各自的密度和体积分数进行调节。水相可含有溶解的盐以提高水的密度,这在常规钻探流体中是常见的(CaCl2,NaCl,…)。
[0052] 配制剂可包含弱溶解性且维持处于分散状态的加重剂例如盐(硫酸钡或其它)。必须关于介质的孔隙率来调节和控制它们的颗粒尺寸,并且颗粒尺寸必须足够小以进入多孔介质。
[0053] 可通过加入分散剂例如表面活性剂来控制配制剂的分散状态,所述表面活性剂优选阴离子型表面活性剂,如磺酸烷基酯、磷酸烷基酯、羧酸烷基酯,或者非离子型表面活性剂,例如烷基化聚氧乙烯。
[0054] 本发明首先适用于封闭将不再使用的注入井,可将其看作油井的废弃。然而在特别针对地质酸性气体贮藏(无论是在油藏岩石、蓄水层层中)所钻取的井的构建期间也可使用本发明。
[0055] 在酸性气体注入后,通过酸性气体注入管7注入水或更通常的洗涤流体,以便将所贮藏的酸性气体驱离井周围区域。对于盐性蓄水层中的酸性气体贮藏,作为冲洗流体使用的水可来自该蓄水层,并且其可在酸性气体注入期间采出。一旦实现该操作,通过注入管7注入反应性配制剂并将其挤压在岩石地层中。所注入(挤压)的体积适于在井周围的区域中侵入数米。
[0056] 在该操作结束时注入水泥封堵剂或任何其它封堵配制剂,以便将反应性物质保持在原地。当该第一操作完成时,可在对套管进行射孔后在其它区域中、特别是油藏的顶部进行相同的操作,并且可进行一次胶结以允许注入。
[0057] 当钻取新井以注入待贮藏于其中的酸性气体时本发明也是适用的。在该情形中,一旦井眼达到并穿过油藏的盖岩,应用上述方法。图2显示了达到储藏22上方的盖岩20的井眼21。进行水冲洗操作,然后在刚好在覆盖层(油藏的顶部)下方注入反应性配制剂。然后使用套管串23和环带形隔离封隔器。因此在酸性气体泄漏到所述区域的清洗中,将发生反应的反应性物质侵入到区域25。用钻探流体连续进行钻取以达到所需深度,然后在为随后酸性气体的注入射入射孔之前进行加套管和胶结。在CO2注入的上游的进行的本发明方法,允许限制在覆盖层层面的泄漏风险,其中在注入期间或之后CO2羽流可能发生累积,因此极大地降低刚好在粘土层下方的油藏岩石的可渗透性。在封井废弃期间,应用上述操作。
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