本申请是1984年7月3日提出的美国待审专利（申请序号为627993）的部分连续申请。

本发明是有关存在于水敏性地下砂岩层中的粘土的一种稳定方法，更详细地说，本发明是有关粘土的一种长期的稳定方法，这种粘土存在于贯穿水敏性的含烃地下砂岩层的井孔的周围。

由于含有与在砂岩形成时被封在里面的水不同离子成分的水溶液浸入带有粘土的地下含油砂岩层中，常常会导致液体流量的减少，从而减少采油量或注液量。从多种来源（如一种地下含水层，二次或三次采油用的压注液流或用于靠近井孔四周的处理液）来的离子成分不同的多种液体会浸入地下砂岩层。含有不同离子成分的水溶液的浸入会引起两种不同类型的粘土损伤。第一种损伤是粘土的膨胀。可膨胀的粘土（如蒙脱土）带有空隙层。淡水的接触会影响这些空隙层之间的离子特性，并使附近的粘土膨胀而阻止液流通过。第二种损伤是粘土颗粒的流动。在淡水流穿过砂岩层时，可流动的粘土，如粘性差的高岭土和伊利石粘土颗粒会与地下砂岩层分开。生成的易流动粘土颗粒截留在附近带狭孔开口的砂岩层中，从而降低了渗透率并减少通过的液流。含有不同离子成分的水溶液（如淡水）的浸入，常常会出现上述两种类渗透率降低的情况。

Sydansk在美国专利4280560中介绍了一种采用氢氧化钾的粘土稳定方法，通过永久地稳定粘土。可防止淡水浸入含这些粘土的地下层而引起的渗透率降低。但是，该方法的效率在一定程度上受氢氧化钾与砂岩层之间相互作用的动力学的限制。通常，该方法的动力学对低温层是相当不利的。因而需要一种动力学性能更好的粘土稳定方法，特别是适合于在低温层中使用的方法。

本发明提供一种用于水敏性细颗粒，包括存在于地下砂岩层中的粘土的长期的稳定方法。将其中溶有水溶性硅酸钾的水溶液注入砂岩层中硅酸钾可有效地减少砂岩层渗透率的降低。这种渗透率的降低是由于含有不同离子成分的水溶液浸入砂岩层而引起的。硅酸钾的浓度和/或硅酸钾与砂岩层的接触时间可随着砂岩层性能（包括温度）的改变而改变，以确保该方法的效率。

本发明是有关存在于水敏性地下砂岩层中的粘土的长期的稳定方法。本发明所用的“粘土的稳定作用”一词指的是一种砂岩层的处理方法。实质上是防止由于注入水和开采出来的水中的盐（离子的）成分的变化而引起的渗透率降低和液流减少。不同离子成分的水溶液（如淡水）和细颗粒（包括粘土）之间的不利作用会导致液流减少。导致渗透率降低的细颗粒包括存在于砂岩多孔体中所有膨胀的和可能产生流动的细颗粒。所谓细颗粒是指粒径小于37微米的那些颗粒。能使渗透率降低的细颗粒可以是各种粘土、大表面积的硅石、云母、长石和重晶石。本发明所用的“粘土”一词，既包括膨胀粘土，如蒙脱土、蛭石、膨胀的绿泥石，又包括混合层的膨胀粘土和可流动的粘土，如粘性差的高岭土和伊利石粘土颗粒。所谓“混合层的膨胀粘土”包括膨胀和未膨胀（当与淡水接触时可膨胀）粘土的成层混合物。“淡水”这词的意思是指一种水溶液，该溶液中所溶解的盐类（包括单价离子）的浓度比较低。

本发明的方法包括将一种约含0.1%-30%（重量）硅酸钾的硅酸钾水溶液注入水敏性地下砂岩层中。如氢氧化钾与硅酸钾一起使用，水溶液中硅酸钾和氢氧化钾的浓度分别约为0.1%-15%（重量）和1%-30%（重量）。注入的硅酸钾溶液可有效地长期稳定粘土，从而基本上防止淡水渗透率降低以及采油量减少。

硅酸钾水溶液主要含有水、水溶性硅酸钾和任意量的氢氧化钾。有时溶液中还含有钾盐。顺便说一下，在本方法中，这种钾盐既无害也并非必不可少。因此，通常不必特意在溶液中加入钾盐，但这种钾盐可作为一种杂质存在于溶液中。而重要的是，在硅酸钾溶液中除钾离子以外，应基本上不含其它金属阳离子，因为其它金属阳离子会抵消硅酸钾离子的粘土稳定作用并降低处理效果。因此，水中除含有钾盐外，必须基本上不含其它杂质。

虽然对于产生稳定效果的原因还不完全清楚，但可以认为，粘土的稳定作用是由于在钾离子存在下硅酸根离子和砂岩之间不可逆反应的结果，硅酸盐和砂岩反应生成一种细粒的硅酸钾沉淀物。硅酸钾沉淀包裹粘土颗粒，使淡水不与粘土接触。这种沉淀物还可将可流动的粘土颗粒粘于砂岩层的多孔壁上。硅酸盐与砂岩原来的反应受砂岩层中硅酸盐离子浓度的限制。因此，必须按本发明方法，将硅酸钾溶液直接注入砂岩层，使砂岩层内的硅酸盐达到预定的比较高的浓度。这样，专业人员可直接控制处理效率。

促成稳定作用的第二位的次要因素是这种处理会导致粘土中某些硅酸一氧键断裂和重新形成，从而使可流动粘土粒与砂岩层多孔壁和/或膨胀粘土的孔隙化学粘结在一起。

在较宽的地下砂岩层温度范围内及较宽的地下砂岩矿物层范围内均能使用本发明方法。本发明方法适用于温度约为20℃-85℃（或高于此温度），最好约为20℃-50℃的地下砂岩层。在较低的温度范围内，由于动力学性能较好，故处理效率基本上不会降低。

最好将本发明的硅酸钾溶液注入靠近井孔四周的地下砂岩层。本发明所用的“靠近井孔四周”一词是指贯穿同一基岩的井孔周围的地下砂岩层基岩的区域，该砂岩层基岩具有比较均匀的横向特征。所谓“基岩”是构成砂石层的连续矿物质，这与砂岩层中的间断结构（如井洞）不同。

一般来说，靠近井孔四周通常是指从井孔表面延伸进入砂岩层基岩的径向距离可达3米左右，甚至可延伸至9米或更多。因为在靠近井孔四周的地下层中，液压下降最快，液流速度最大，输液量最多，所以靠近井孔四周是最容易发生粘土损伤的地下层区域。另外，靠近井孔四周渗透率降低对注液和采油的影响最大。本方法可用于采油和注液两种井孔。

实质上。重要的是不能只处理井孔表面，而应处理整个靠近井孔的四周，包括靠近井孔的砂岩层基岩部分。虽然对于远离井孔区也应进行处理，但最好不加处理，因为这种处理成本较高，而且在远离井孔处渗透率降低较小，因而粘土稳定问题少。

用本方法处理的效率部分地取决于处理溶液中硅酸钾的浓度。水溶液中所含的硅酸钾浓度变化范围约为0.1%-30%（以重量计），1-15%左右更好，1-7%左右最好。在含水的处理液中，除含有硅酸钾以外，还含有约1-30%（以重量计）的氢氧化钾。当处理液中存在氢氧化钾时，硅酸钾的浓度范围一般变窄，即，变为0.1-15%（以重量计）左右，最好在0.3-10%左右。

处理效率还取决于处理液与靠近井孔四周的接触时间。对于接触时间的变化范围来说，其下限取决于硅酸盐与砂岩相互作用的动力学问题，其上限取决于处理期间由于井的关闭而不能进行烃的生产而涉及的经济问题。为了进行有效的处理，所需接触时间约为1小时-72小时，最好约为24小时。

所需的接触时间是通过静止处理或连续处理来达到的。在静止法处理时，将处理液注入处理区，静置至规定的浸液时间，既接触时间。在以连续方法处理时，将硅酸钾溶液在所需的接触时间内以一定的流速连续注入砂岩层中，以使砂岩层渗透率降低的可能性减至最小。加快注液速度（高于0.03米/天）将有效防止处理时渗透率的降低。虽然可采用更大的速度，但一般说来，采用大速度没多大好处，应避免用过大的流速，因为这样会增加处理成本。

如下实例是应用本发明方法来稳定水敏性地下砂岩层中的粘土的具体说明，不能把这些实例看作是对本发明范围的限定。在如下实例中用三种不同的指标来评价粘土稳定处理的效率。三种指标均使用比率K最终/K初始（kf/ki），这是处理后测得的最终液体渗透率与处理前测得的初始液体渗透率之比。第一种指标是比率（kf/ki）t，这是在进行规定的处理后测得的地下砂岩层岩芯的液体渗透率与处理前测得的岩芯的液体渗透率之比。这比率用来表示因为进行处理而导致的渗透率降低的情况。这种降低可能是由于处理液成分就地沉淀等原因引起的。对于理想的处理结果，其（kf/ki）t应等于1.0。第二种指标是比率（kf/ki）cs，这是先进行规定的粘土稳定处理再注入3.0%（以重量计）NaCl和蒸馏水后测得的地下砂岩层岩芯的液体渗透率与处理前测得的岩芯液体渗透率之比。比率（kf/ki）cs用来表示处理过的封堵（plug）对渗透率降低的敏感性，这种降低是应用粘土稳定处理之后由于含不同离子成分的水溶液的浸渍而引起的。有效的粘土稳定处理应使比率（kf/ki）cs接近于（kf/ki）t。第三种指标是比率（kf/ki）c，这是对类似的未经处理的地下砂岩层岩芯用蒸馏水注入后测得的液体渗透率与进行处理前测得的岩芯的液体渗透率之比。比率（kf/ki）c用来表示在稳定粘土的试验中岩芯封堵未得到处理的情况下，由于淡水注入引起封堵对渗透率下降的敏感性（敏感度），用于测定处理前或处理后岩芯的液体渗透率的液体可为原油或盐水。可用两种不同的液体来测量同一岩芯的液体渗透率。

为了评价粘土稳定处理的效率，必须参照比率（kf/ki）c来评价比率（kf/ki）cs。因此，若由于淡水注入使地下砂岩层封堵对渗透率变差比较敏感，即比率（kf/ki）c的值比较小，例如为0.01，比率（kf/ki）cs为中等值，例如为0.5，则表示处理是有效的。可是，若由于淡水注入对渗透率变差不够敏感，例如比率（kf/ki）c为0.4，（kf/ki）cs比率为0.5时，则表示粘土稳定处理效率比较低。一般说来，若单个（kf/ki）cs以及比率（kf/ki）c与比率（kf/ki）cs合起来接近（kf/ki）t的话，则表示对粘土敏感体系进行的粘土稳定处理是有效的。若处理结果是砂岩层的渗透率变差的程度大，即比率（kf/ki）t的值比较小，则这种处理实际上是相对无效的。

实例1将初始渗透率为260毫达的一种细长的、未经焙烧的均质Berea砂岩封堵用17倍于孔隙容量的含14.5%（以重量计）氢氧化钾和0.5%（以重量计）硅酸钾溶于淡水中的处理溶液压注24小时，前进速度为0.6米/天。用一个热交换器使压注液和封堵保持在85℃的温度下。未检测出因处理而引起的渗透率变差。然后将封堵注入10倍于孔隙容积的非破坏性的3%（以重量计）氯化钠溶液，接着以30米/天的前进速度将其震动压注10倍于孔隙容积的蒸馏水，使封堵敏化。震动压注后未测出渗透率变差，即（kf/ki）t接近于1.0。然后，按上述步骤，用蒸馏水反复震动压注封堵。每次压注后渗透率降低小于10%，即（kf/ki）cs＞0.9，说明经硅酸钾处理后该封堵对淡水的敏感度小或不敏感。

将未经硅酸钾处理的第二个相同的砂岩封堵用氯化钠溶液压注，然后按上述相同的方法用蒸馏水震动压注。震动压注后，封堵的渗透率降低大于99%，即（kf/ki）c＜0.01。结果表明，砂岩封堵对淡水敏感性非常大，通过用一种含硅酸钾的水溶液处理后，可长期降低这种敏感性。

实例2将取自渐新世储油层的一种均质砂岩封堵用20倍于孔隙容积的含15%（以重量计）氢氧化钾和0.3%（以重量计）硅酸钾（溶于淡水中）处理液压注24小时，前进速率为0.5米/天。用热交换器将压注液和封堵保持在85℃的温度下。在用岩层盐水和原油饱和粗剩留物时未测出因处理而发生的渗透率变差，即（kf/ki）t接近1.0。先用10倍于孔隙容积的非破坏性的3%（以重量计）氯化钠溶液压注。然后再用10倍于孔隙容积的蒸馏水震动压注，前进速度为30米/天，以使封堵敏化。渗透率的降低只有9%，即（kf/ki）cs＝0.91。按上述方法，将差不多相同的未经硅酸钾处理的第二个砂岩封堵用氯化钠溶液压注，然后用蒸馏水震动压注。封堵的渗透率降低为80%，即（kf/ki）c＝0.20。

实例3用8倍于孔隙容积的2%（以重量计）硅酸钾溶液压注与实例2相同的岩芯，压注时间为24小时。使压注液和岩芯封堵保持在80℃的温度下。此后，仅测出因处理而发生很小的渗透率变差，即（kf/ki）t＞0.90。然后，按实例1的方法，用氯化钠溶液压注，接着用蒸馏水震动压注以使封堵敏化。处理后，渗透率的降低相对保持不变，即（kf/ki）cs＞0.90。结果表明，用含有水溶性硅酸钾的水溶液处理砂岩层可有效地起稳定粘土的作用。

实例4在这几组实验中，用不同处理液，在不同温度下处理四种与实例1相同的Berea砂岩封堵。处理程序包括：一开始用20倍于孔隙容积的相应处理液压注岩芯，压注时间为24小时，前进速度为0.6米/天。然后，用10倍于孔隙容积的非破坏性的3%（以重量计）氯化钠溶液压注，接着再用10倍于孔隙容积的蒸馏水（前进速度为24米/天）震动压注以使封堵敏化。处理结果见文后。

这些结果清楚表明，氢氧化钾处理液的效率与动力学有关。实验2，用浓度为15%的氢氧化钾在高温下进行处理是非常有效的（用三种渗透率表示）。但在实验3中，当温度降低时，经处理的封堵对渗透率变差非常敏感。在低温情况下，为使（kf/ki）cs比率达到满意的值，必须使氢氧化钾实验流水号    1    2    3    4处理液    氢氧化钾    氢氧化钾    氢氧化钾    硅酸钾浓度（重量百分数）    30.0    15.0    15.0    5.0温度（℃）    22    85    22    22（Kf/ki）t 0.80 ＞1.0 0.87 0.91（Kf/ki）cs 0.80 1.0 0.02 0.78（Kf/ki）c ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01