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用于增强基质处理的水 力导流系统及其使用方法

阅读：620发布：2021-01-07

专利汇可以提供用于增强基质处理的水力导流系统及其使用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且用于处理地层层段的系统和方法，包括在层段的表面上形成低渗透性层和泵送防砂处理流体通过所述层，这将流导入地层中，提供了改善的处理均匀性和改善的总内部处理。，下面是用于增强基质处理的水力导流系统及其使用方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种系统，所述系统包含：
钻入地质结构的井眼，所述井眼包含生产或注入地层、层段或多个层段，一个或多个导流层，形成在所述地层、所述层段或所述多个层段的表面上，其中一个或多个层包含至少一种易受侵蚀的或可溶的组分和至少一种可移除的组分，其中所述易受侵蚀的或可溶的组分与井液接触而侵蚀或溶解或者通过用溶解流体处理所述一个或多个层而侵蚀或溶解，其中通过将所述一个或多个层暴露于移除流体而将所述可移除的组分移除，并且其中所述一个或多个层具有受控的渗透性，从而将通过其的处理流体导流，提高跨越已经改善的所述地层、层段或多个层段的覆盖度、均匀性和/或完整性。
2.权利要求1所述的系统，所述系统还包含：
与所述地层、层段或多个层段联用的井管滤网组件、砾石充填或砂充填，并且其中所述一个或多个层形成在所述滤网组件、所述砾石充填或所述砂充填的表面上，或者使所述一个或多个层通过所述组件或充填以在所述组件或所述充填与所述地层或层段的表面之间或者在所述组件或所述充填的较低部分中形成。
3.权利要求1所述的系统，所述系统还包含：
封隔器或多个封隔器以分离所述地层、层段或多个层段，和
工作管柱或生产油管。
4.权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个层包含具有以下各项的微粒材料：想要的粒径分布、想要的颗粒形状分布和尺寸分布、或者想要的颗粒形状分布、尺寸分布和密度分布，其中由于形成所述一个或多个层的所述颗粒的填充而建立所述一个或多个层的渗透性。
5.权利要求4所述的系统，其中所述微粒材料包括易受侵蚀的或可溶解的微粒材料和可移除的微粒材料的组合。
6.权利要求5所述的系统，其中，随着所述易受侵蚀的或可溶解的材料由于与井液接触或由于与引入所述井中的溶解流体接触而随时间侵蚀或溶解，所述一个或多个层的渗透性随时间改变。
7.权利要求4所述的系统，其中所述可移除的材料选自由以下各项组成的组：(1)碱金属碳酸盐，(2)沥青，以及(3)它们的混合物或组合，并且
其中所述易受侵蚀的或可溶解的材料选自由以下各项组成的组：可水合聚合物、凝胶化的可水合聚合物、烃可溶聚合物、以及它们的混合物或组合。
8.权利要求7所述的系统，其中所述碱金属碳酸盐选自由以下各项组成的组：如碳酸镁(MgCO3)、碳酸钙(CaCO3)、碳酸锶(SrCO3)和/或碳酸钡(BaCO3)、以及它们的组合或混合物，并且其中所述沥青选自由以下各项组成的组：硬沥青、石油沥青、地沥青、以及它们的组合或混合物。
9.权利要求4所述的系统，其中所述可水合聚合物选自由以下各项组成的组：天然可水合聚合物、合成可水合聚合物、以及它们的组合或混合物。
10.权利要求9所述的系统，其中所述天然可水合聚合物选自以下各项组成的组：{添加列表}以及它们的混合物或组合，并且所述合成可水合聚合物选自以下各项组成的组：
{添加列表}以及它们的混合物或组合。
11.权利要求1所述的系统，其中所述井处理选自以下各项组成的组：防砂处理、聚集处理、ζ调节处理、粘性/发粘材料处理、固砂/地层巩固处理、原位可聚合地层巩固处理、防垢剂处理、防蜡剂处理、润湿性改性剂处理、杀生物剂处理、破胶剂处理、酶处理、消泡剂处理、酸处理、以及它们的混合或组合。
12.一种用于将井处理导流的方法，所述方法包括：
在地层表面上、层段表面上、在与地层或层段表面关联的井管滤网组件、砾石充填和/或砂充填上、或者在所述地层或层段表面与工作管柱或生产油管之间，形成一个或多个导流层，其中所述一个或多个层具有受控的的和/或想要的渗透性，
将处理流体泵送到所述井中，以及
随着所述流体通过所述一个或多个层，将所述流体导流，从而改善处理覆盖度、均匀性和完整性。
13.权利要求12所述的方法，所述方法还包括：在形成所述层之前，用隔离封隔器或多个封隔器隔离所述层段。
14.权利要求12所述的方法，其中所述一个或多个层包含具有以下各项的微粒材料：
想要的粒径分布、想要的颗粒形状分布和尺寸分布、或者想要的颗粒形状分布、尺寸分布和密度分布，其中由于形成所述一个或多个层的所述颗粒的填充而建立所述一个或多个层的渗透性。
15.权利要求14所述的系统，其中所述微粒材料包括易受侵蚀的或可溶解的微粒材料和可移除的微粒材料的组合。
16.权利要求15所述的系统，其中，随着所述易受侵蚀的或可溶解的材料由于与井液接触或由于与引入所述井中的溶解流体接触而随时间侵蚀或溶解，所述一个或多个层的渗透性随时间改变。
17.权利要求14所述的系统，其中所述可移除的材料选自由以下各项组成的组：(1)碱金属碳酸盐，(2)沥青，以及(3)它们的混合物或组合，并且
其中所述易受侵蚀的或可溶解的材料选自由以下各项组成的组：可水合聚合物、凝胶化的可水合聚合物、烃可溶聚合物、以及它们的混合物或组合。
18.权利要求17所述的系统，其中所述碱金属碳酸盐选自由以下各项组成的组：例如碳酸镁(MgCO3)、碳酸钙(CaCO3)、碳酸锶(SrCO3)和/或碳酸钡(BaCO3)以及它们的组合或混合物，和其中所述沥青选自由以下各项组成的组：硬沥青、石油沥青、地沥青、以及它们的组合或混合物。
19.权利要求14所述的系统，其中所述可水合聚合物选自由以下各项组成的组：天然可水合聚合物、合成可水合聚合物、以及它们的组合或混合物。
20.权利要求19所述的系统，其中所述天然可水合聚合物选自以下各项组成的组：{添加列表}以及它们的混合物或组合，并且所述合成可水合聚合物选自以下各项组成的组：
{添加列表}以及它们的混合物或组合。
21.权利要求12所述的系统，其中所述井处理选自以下各项组成的组：防砂处理、聚集处理、ζ调节处理、粘性/发粘材料处理、固砂/地层巩固处理、原位可聚合地层巩固处理、防垢剂处理、防蜡剂处理、润湿性改性剂处理、杀生物剂处理、破胶剂处理、酶处理、消泡剂处理、酸处理、以及它们的混合物或组合。
22.一种用于将井处理导流的系统，所述系统包含：
源子系统，所述源子系统包含滤饼组合物，所述滤饼组合物包含能够形成一个或多个可预言的低渗透性滤饼层的一定尺寸的、选择性自降解的颗粒；
滤饼放置子系统，所述滤饼放置子系统用于所述滤饼组合物的工程放置，以在以下各处产生一个或多个可预言的低渗透性滤饼层：生产地层、层段或多个层段的表面上，注入地层、层段或多个层段的表面上，所述地层或层段表面与生产油管表面之间的环形空间中，滤网组件的表面上，砾石充填的表面上和/或砂充填的表面上，其中所述滤饼组合物可以是牛顿流体或非牛顿流体；和
注入子系统，所述注入子系统用于将处理流体注入到所述地层、层段或多个层段中，其中所述一个或多个层将所述处理流体导流从而更均匀地将所述处理流体导入所述地层中，并且其中所述多个层随时间降解。

说明书全文

用于增强基质处理的水 力导流系统及其使用方法

[0001] 相关申请

[0002] 本申请要求2013年4月19日(04/19/2013)(19.04.2013)提交的美国临时专利申请序列号61/814,071的利益和优先权。

[0003] 发明背景1.发明领域

[0004] 本发明的实施方案涉及用于控制地层处理的漏失的系统和方法，所述漏失注入到生产地层或注入地层或其带中，尤其是在具有长的生产层段(interval)的生产地层例如水平井中，或在具有拥有高渗透性区段的短的生产层段的生产地层中。

[0005] 更具体地，本发明的实施方案涉及用于控制地层处理的漏失的系统和方法，所述漏失注入到生产地层或其带中，尤其是在具有长的生产层段的生产地层例如水平井中，或在具有拥有高渗透性区段的短的生产层段的生产地层中，其中所述系统和方法包括在地层表面上、井管滤网上、砾石充填上、砂充填上、或在地层表面和/或生产油管或工作管柱之间形成受控的渗透性层，从而将注入的处理导流通过受控的渗透性层进入地层或层段，产生跨越地层或层段的处理的均匀分布。

[0006] 2.相关技术描述

[0007] 在将化学品放置到地层、地层带或地层基质中的过程中，特别当层段是长的延伸层段或者像处于水平井中的一个或多个层段那样具有非恒定渗透性或高渗透性时，通常难以实现对完整层段的可接受的覆盖。尤其在基质处理例如防砂处理或控水处理期间，放置和覆盖是关键的。基质内渗透性差异可以造成处理流体的不受控的漏失，所述不受控的漏失导致部分基质保持未处理或不充分的处理。

[0008] 过去，已经以几种方式解决该问题，包括速度导流、机械导流如封隔器、聚合物等。虽然已经发展了许多用于漏失和导流的临时封堵用于钻井或压裂应用，但还没有将这样的临时导流层应用于产生受控的渗透性层以加强化学防砂产品处理或应用或其它处理或应用的导流。

[0009] 另一方面，在本发明中，泵送本发明的过滤组合物将跨越整个地层形成滤饼或滤层。滤饼或滤层将具有部分均衡或基本上均衡有效地层渗透性的受控的渗透性，从而可以将井处理相等地递送到具备相等效力的所有地层带。因此，井处理实际上将通过跨越整个或大部分地层或其带或多个带的滤饼或滤层而不是通过用于密封地层的某些区段的滤饼或层发生，并且随后从它们导流离开。

[0010] 发明概述

[0011] 本发明的实施方案提供了一种系统，所述系统包含井眼，所述井眼具有生产地层、生产层段或多个生产层段或者注入地层、注入层段或多个注入层段；和在所述地层或层段表面上或所述地层或层段表面与生产油管的表面之间的环形空间中形成的一个受控的渗透性层或多个受控的渗透性层。受控的渗透性层有时称作导流层。受控的渗透性层具有调整的或想要的渗透性并且是临时的，即所述层包含临时的或可移除的桥联层。所述层包含在地层或层段表面上的降低的渗透性的滤饼，所述层允许受控的化学处理流体的漏失进入地层或层段从而将化学处理更均匀地跨越地层或层段而分布。所述层的受控的渗透性可能是由于所用的或可以通过以下方式在所述层中形成的层材料的性质：在滤饼形成组合物中包含一种或多种(一个或多个)易受侵蚀的或可溶的组分，即用以形成所述导流层的滤饼形成组合物包含一种或多种(一个或多个)可移除的组分和一种或多种(一个或多个)易受侵蚀的或可溶的组分。将易受侵蚀的或可溶的组分设计为当与处理流体例如溶液体系接触放置时是易受侵蚀的或可溶的。在其他实施方案中，由于所述层中易受侵蚀的或可溶的组分的选择性去除，所述层具有增强的渗透性。在其他实施方案中，所述系统也可以包含隔离封隔器以隔离要处理的地层、层段或区段。在某些实施方案中，所述层或多个层是可以使用溶解溶液选择性溶解或移除的。在其他实施方案中，由于原位酸生成或由于最小的剥离(lift-off)压力，所述层或多个层是易受侵蚀的或可移除的。在其他实施方案中，所述层可以是永久的或基本永久的并且所述一个或多个层的渗透性可以随时间变化，或者所述层可以设计为使得所述一个或多个层的渗透性可以随时间变化。在某些实施方案中，特别是对于注入井，可以将所述一个或多个层仅部分地移除。在其他实施方案中，特别是对于注入井，所述一个或多个层的渗透性可以随时间增加。

[0012] 本发明的实施方案也提供了用于将井处理导流的方法，所述方法包括：在生产地层、生产地层层段、或多个生产地层层段或注入地层、注入地层层段、或多个注入地层层段的表面上，在地层或层段表面和生产油管表面之间的环形空间上，或在滤网组件和/或砾石或砂充填上形成降低的渗透性的层或多个降低的渗透性的层，其中可以在处理之前和/或处理期间放置所述层。在某些实施方案中，所述方法包括在防砂处理之前形成或放置所述层。在其他实施方案中，所述方法包括：在防砂或控水处理之前，用包含一种或多种(一个或多个)可移除的组分和一种或多种(一个或多个)易受侵蚀的或可溶的组分(即，当暴露至特定溶剂体系或放置溶液(placing solution)时易受侵蚀的或可溶的)的组合物形成或放置一个或多个层，随后将所述层暴露至溶解溶剂以将易受侵蚀的或可溶的组分侵蚀或溶解。在其他实施方案中，所述方法也可以包括一个或多个层段隔离封隔器从而可以将所述层段的不同部分分别处理。在其他实施方案中，所述层段与生产地层相关联，而在其他实施方案中，所述层段与注入地层相关联。在其他实施方案中，所述方法也可以包括制备一个层，其是更加持久的——基本永久的到永久的，但可以设计为使得所述层的渗透性随时间变化。更加持久的层特别地良好适合于注入井。

[0013] 本发明的实施方案也提供了用于将井处理导流的方法和系统，所述方法和系统包括：提供包含一定尺寸的、可选择性溶解的/移除的颗粒的滤饼组合物，其能够形成可预言的低渗透性滤饼层或多个层。所述方法和系统也包括颗粒的工程(engineered)放置以形成滤饼，所述工程放置在生产地层、生产地层层段、或多个生产地层层段或注入地层、注入地层层段或多个注入地层层段的表面上、在层段表面和生产油管表面之间的环形空间上、在滤网组件上和/或砾石充填上或砂充填上产生可预言的低渗透性滤饼层或多个层，其中所述滤饼放置可以用牛顿流体或非牛顿流体进行。所述系统和方法也包括使用漏失模型来设计处理流体放置，其中所述层或多个层起到将所述处理流体导流的作用从而更均匀地将所述处理流体引入所述地层或层段，导致更均匀的地层处理。所述系统和方法也包括：通过使用滤饼移除组合物，或通过原位酸生成，或通过由于从所述地层、层段或多个层段产生流体而导致的最小剥离压力，来移除滤饼。在注入地层的情况下，所述层可以是永久的或基本永久的，或者可以通过用滤饼移除组合物处理所述地层或通过原位酸生成来移除。

[0014] 附图简述

[0015] 参考以下示例性附图可以更好的理解本发明：

[0016] 图1描绘了一个垂直布置的具有长的生产层段的井的实施方案，包含一个导流层，显示被导流的处理材料的流进入地层。

[0017] 图2描绘了一个水平放置的具有长的生产层段的井的实施方案，包含一个导流层，显示被导流的处理材料的流进入地层。

[0018] 图3A描绘了被导流的地层的实施方案。

[0019] 图4A&B描绘了被导流的地层和用于制备它们的方法的其它实施方案。

[0020] 图5描绘了被导流的地层和用于制备被导流的地层的方法的又一个实施方案。

[0021] 图6描绘了被导流的地层和用于制备其的方法的又一个实施方案。

[0022] 图7示出了现有技术的地层的处理，其中在处理之前没有将导流层沉积到地层上。

[0023] 图8示出了一种地层的处理，其包括在处理之前将导流层沉积到地层上。

[0024] 图9描绘了具有渗透率大大变化的带的井的示意图。

[0025] 图10A-C描绘了A)Wel-Carb 2(D50＝3.8μm)，B)Wel-Carb 25(D50＝21.5μm)和C)Wel-Carb 50(D50＝39.6μm)的粒径分布。

[0026] 图11A-C描绘了对于图10A-C的材料，从流量对时间的数据计算滤饼的渗透性。

[0027] 图12描绘了运行中ζ电势或聚集改性剂处理之后的滤饼(左)和通过将ζ电势或聚集改性剂通过滤饼而团聚的砂(右)。

[0028] 图13描绘了水平井模型设备的常规设计。

[0029] 图14描绘了一个模型水平井设备的实施方案。

[0030] 图15描绘了开始时、具有Wel-Carb 20滤饼和在具有滤饼再一小时后的通过每个芯的流速。

[0031] 图16描绘了开始时、使用Wel-Carb 50滤饼和在具有滤饼再一小时后的通过每个芯的流速。

[0032] 图17描绘了滤饼形成之后有效芯渗透性的总结并证实了跨越模型地层的补偿渗透性的能力。

[0033] 发明详述

[0034] 发明人已经发现通过在生产层段的表面上形成受控的渗透性层，其中所述层包含具有低渗透性的组合物，可以实现用于将防砂和/控水或其它化学处理导流进入地层的系统和方法。所述层包含具有受控的的渗透性的分级的/一定尺寸的桥联材料。发明人已经发现，本发明使可以用SandAid(一种Weatherford处理技术)或其他基质处理进行处理的层段长度从短的层段增加，原因在于用变化的渗透性限定了向长的部分中的产品放置。发明人也已经发现，所述层也可以包含增粘剂以改善跨越层段的降低的渗透性滤饼的形成。发明人已经发现，桥联层包含由在所述层中的材料形成的眼空间，其可以包含微粒固体和易受侵蚀的或可溶的微粒材料。发明人也已经发现，所述层也可以包含聚合物以增强降低的渗透性滤饼的放置。发明人已经发现，在破坏任选的聚合物凝胶或增粘剂之后，可以形成具有可预言的和选择性的渗透性的滤饼。发明人已经发现，一旦形成，可以使用盐水载体将防砂和/或控水处理从在表面的强行压井(bullhead)泵送到地层中，其中滤饼作为导流层用于更均匀地将处理组合物分布在层段中。

[0035] 发明人也已经发现，可以将导流层与挠性管(CT)或连接管一起使用。发明人已经发现，可以不使用破胶剂或移除剂而跨越整个层段形成滤饼。发明人已经发现，所述方法还可以包括：当沿CT向下处理时，选择性地处理每一个层段，其中可以通过放置压力在CT/OH(或套管或甚至滤网)环状空间中而防止环形横向流动。在该实施方案中，我们将首先泵送弱酸以破坏聚合物并随后使用可渗透的滤饼以进行导流。除了能够将CT延伸到井中(特别是具有长的层段的水平井中)多远之外，该方法对其长度没有理论限制。

[0036] 发明人已经发现，可以使用桥联材料的尺寸、形状、密度和包装填充来控制低渗透性滤饼层的渗透性，因为可以在没有任何干预的情况下将其完成。发明人也已经发现，可以恰好制备回饼层材料或者可以使用层溶解处理流体溶解所述层。

[0037] 本发明的层的性质

[0038] 层形成组合物可以包含0.1vol.％至60vol.％的悬浮在基础流体中的微粒固体。在某些实施方案中，层形成组合物包含1vol.％至10vol.％的悬浮在基础流体中的微粒固体。合适的基础流体包括水、粘稠的水、水性溶液、井处理流体或其他在井下操作中使用的类似的流体。

[0039] 一个或多个导流层的厚度是约0.01mm至约30mm。在某些实施方案中，一个或多个导流层的厚度是约0.1mm至约10mm。在其他实施方案中，一个或多个导流层的厚度是约0.2mm至约2mm。在某些实施方案中，一个或多个导流层的厚度是约0.2mm至约1mm。在某些实施方案中，可能需要较大的厚度以填充地层中的任何裂缝或天然裂隙，在其上部上可以形成较小的颗粒导流层。

[0040] 导流层形成材料的粒径分布在0.1μm至800μm之间。在某些实施方案中，导流层形成材料的粒径分布在0.5μm至500μm之间。在其他实施方案中，导流层形成材料的粒径分布在0.1μm至200μn之间。在其他实施方案中，导流层形成材料的粒径分布是在0.1μm至100μm之间。在其他实施方案中，导流层形成材料的粒径分布包含具有不同粒径分布的材料。在某些实施方案中，层材料包括具有在0.1μm至50μm之间的粒径分布的材料、具有在0.1μm至500μm之间的粒径分布的材料。在某些实施方案中，层材料包括具有在0.1μm至500μm之间的粒径分布的材料，但具有重叠分布，具有约5μm、10μm、20μm、
40μm、50μm、60μm、70μm、80μm、90μm和100μm的峰分布值。术语峰分布表示对分布做出最大贡献的粒径。在其他实施方案中，材料的粒径分布开始是高的，在1mm至3mm之间，以填充到地层中任何裂缝或天然裂隙中，然后将逐渐降低的粒径泵送以形成导流层。

[0041] 一个或多个层具有在约1mD至约100mD之间的渗透性。在某些实施方案中，渗透性在约1mD至约90mD之间。在其他实施方案中，渗透性在约1mD至约80mD之间。在其他实施方案中，渗透性在约1mD至约70mD之间。在其他实施方案中，渗透性在约1mD至约60mD之间。在其他实施方案中，渗透性在约1mD至约50mD之间。一旦将层沉积或放置到地层、层段或多个层段或其带的表面上，层补偿所述带的渗透性，降低或消除“漏失地层(thiefzone)”。
从而，层补偿了具有100mD至3000mD的渗透性的带的渗透性，使得井处理流体将更均匀地流进所有带中而不是仅流到高渗透性带。导流层以这种方法允许井处理具有提高的带覆盖度、均匀性和完整性。

[0042] 本发明中使用的合适的试剂

[0043] 可移除的组分

[0044] 合适的用于形成低渗透性或导流层的可移除的桥联或导流试剂包括但不限于，任何在给定载体例如盐水中具有低溶解度或没有溶解度的微粒材料。可移除的组分的示例性实例包括但不限于，(1)碱金属碳酸盐例如碳酸镁(MgCO3)、碳酸钙(CaCO3)、碳酸锶(SrCO3)和/或碳酸钡(BaCO3)，(2)沥青(asphalt)例如硬沥青(gilsonite)、石油沥青(bitumen)和/或地沥青(asphaltum)，(3)其混合物或组合。可移除的试剂或组分可以通过在酸环境下对层处理(即用酸性溶液处理层)而移除。合适的酸包括：无机酸、有机酸或其混合物或组合。合适的无机酸包括但不限于：盐酸、硫酸和/或硝酸。合适的有机酸包括但不限于：甲酸、乙酸、乳酸、乙醇酸、丙酸、其他低碳数酸类或其混合物或组合。

[0045] 易受侵蚀的或可溶的组分

[0046] 合适的用于添加到桥联剂中的易受侵蚀的或可溶的桥联或导流剂包括但不限于：可水合聚合物、凝胶化的可水合聚合物、烃可溶聚合物、其他可以添加到桥联剂并且在通过生产流体放置层或使用溶解聚合物的溶解流体后侵蚀或溶解离开的聚合物、或其混合物或组合。对于可水合或凝胶化的可水合聚合物，水性溶液适合于侵蚀或溶解所述聚合物。在某些实施方案中，水性溶液含有破胶剂以破坏凝胶化的可水合聚合物而增强侵蚀或溶解。
对于烃可溶聚合物，因为生产流体中的烃组分溶解烃聚合物，侵蚀将通常简单地通过暴露到生产流体而发生。在其他实施方案中，溶液可以是注入到井中以溶解聚合物的溶剂体系。
合适的溶剂体系包括柴油燃料或其他轻质烃流体。对于其他聚合物，溶剂体系将包含已知溶解或侵蚀所述聚合物的组分。

[0047] 可水合聚合物

[0048] 可以用于本发明的实施方案中的合适的可水合聚合物包括：能够在本发明的至少一种交联剂存在下形成凝胶的任何天然和/或合成的可水合聚合物，以及暴露到水或其他水性溶液后水合的能够在本发明的至少一种交联剂存在下形成凝胶的任何其他聚合物。例如，合适的天然可水合的多糖包括但不限于：半乳甘露聚糖胶、葡甘露聚糖胶、瓜尔胶、衍生的瓜尔胶和纤维素衍生物。具体实例是瓜尔胶、瓜尔胶衍生物、刺槐豆胶、刺梧桐树胶、羧甲基纤维素、羧甲基羟乙基纤维素和羟乙基纤维素。目前优选的增稠剂包括但不限于：瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶、羧甲基羟丙基瓜尔胶、羧甲基瓜尔胶和羧甲基羟乙基纤维素。合适的可水合聚合物也可以包括合成聚合物，例如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、聚-2-氨基-2-甲基丙磺酸和各种其他合成聚合物和共聚物。其他合适的聚合物是本领域技术人员已知的。这样的聚合物的其他实例包括但不限于：瓜尔胶、由甘露糖和半乳糖组成的高分子量多糖、或瓜尔胶衍生物例如羟丙基瓜尔胶(HPG)、羧甲基瓜尔胶(CMG)、羧甲基羟丙基瓜尔胶(CMHPG)、羟乙基纤维素(HEC)、羟丙基纤维素(HPC)、羧甲基羟乙基纤维素(CMHEC)、黄原胶、硬葡聚糖和/或其混合物和组合。合适的合成聚合物包括但不限于：聚丙烯酰胺、聚丙烯酸酯聚合物和其共聚物、和其混合物或组合。合适的可水合聚合物的其他实例在本文阐述。合适的鼠尾草(Chia)种子材料包括但不限于：西班牙鼠尾草(Salvia hispanica)种子、窄叶鼠尾草(Salvia lavandulifolia)种子、飞鸽鼠尾草(Salvia columbariae)种子，或它们的混合物和组合。这些物种属于以下属：植物界(Plantae)，被子植物(Angiosperms)，真双子叶植物(Eudicots)，菊分支(Asterids)，唇形目(Lamiales)、唇形科(Lamiaceae)和鼠尾草属(Salvia)。在某些实施方案中，不经进一步加工而使用鼠尾草种子材料。在其他实施方案中，将鼠尾草种子材料切断或部分研磨。在其他实施方案中，将鼠尾草种子材料完全研磨。

[0049] 在本发明的可交联聚合物体系中使用的合适的合成的可水合聚合物包括但不限于：部分水解的丙烯酰胺聚合物，或部分水解的丙烯酰胺聚合物的混合物。部分水解的丙烯酰胺聚合物包括被水解到大于或等于约0.2％(水解的丙烯酰胺基团与羧酸根基团的百分比)程度的丙烯酰胺聚合物。在某些实施方案中，水解程度大于或等于约0.5％。在其他实施方案中，水解程度在约0.2％至约15％之间。在其他实施方案中，水解程度在约0.5％至约10％之间。丙烯酰胺聚合物的平均分子量通常在约10,000至约50,000,000之间。在某些实施方案中，丙烯酰胺聚合物具有在约100,000至约20,000,000之间的平均分子量。在其他实施方案中，丙烯酰胺聚合物具有在约200,000至约12,000,000之间的平均分子量。在其他实施方案中，丙烯酰胺聚合物具有在约100,000至约11,000,000之间的平均分子量。在其他实施方案中，丙烯酰胺聚合物具有约在200,000至约1,000,000之间的平均分子量。在其他实施方案中，丙烯酰胺聚合物具有在约250,000至约300,000之间的平均分子量。聚丙烯酰胺具有最优选大于约0.1摩尔％的聚合物羧酸根基团。在胶凝组合物中聚合物的浓度通常在约0.05重量％至10重量％之间。在某些实施方案中，聚合物的浓度在约1重量％至约8重量％之间。在某些实施方案中，聚合物的浓度是水中聚合物的约2重量％至约5重量％之间。

[0050] 交联剂

[0051] 在本发明的可交联聚合物系统中使用的合适的交联剂包括但不限于：衍生自羧酸盐化合物的多价金属羧酸盐复合物交联剂或其混合物。在溶液中，交联剂包含带负电的羧酸根物种，其可以包括一种或多种以下水溶性物种：甲酸根、乙酸根、丙酸根、乳酸根、其取3+
代的衍生物和其混合物。除了带负电的羧酸根物种，溶液包含带正电的金属物种例如Al 、
3+ 4+ 2+ 4+ 3+
Fe 、Ti 、Zn 、Sn 、Cr 等。在某些实施方案中，交联剂是乙酸铬(III)络合物。聚合物与交联剂的重量比通常在约5∶1至约50∶1之间。在某些实施方案中，比例在约6∶1至约20∶1之间。在其他实施方案中，比例在约7∶1至约10∶1之间。

[0052] 合适的铬III物种包括但不限于：三价铬和三价铬离子，等价项(equivalent term)即衍生自羧酸的水溶性盐的羧酸根物种。在某些实施方案中，羧酸是低分子量一元酸。这样的羧酸的示例性实例包括甲酸、乙酸、丙酸、乳酸、其低取代衍生物和其混合物。羧酸根物种包括以下水溶性物种：甲酸根、乙酸根、丙酸根、乳酸根、其低取代衍生物，和其混合物。任选的无机离子包括钠、硫酸根、硝酸根和氯离子。铬化合物的典型实例的非穷尽1+ 3+
名单包括：[Cr3(CH3CO2)6(OH)2] 、[Cr3(OH)2(CH3CO2)6]NO3·6H2O、[Cr3(H2O)2(CH3CO2)6] 和[Cr3(H2O)2(CH3CO2)6](CH3CO2)3·H2O。

[0053] 大量上述类型的复合物及其制备方法在制革领域是公知的。这些络合物描述于以下文献中：Shuttleworth 和Russel，Journal of The Society of Leather Trades′Chemists，“铬鞣制动力学(The Kinetics of Chrome Tannage)部分I”，英国，1965，v.49，p.133-154；“部分III”，英国，1965，v.49，p.251-260；“部分IV”，英国，1965，v.49，p.261-268；和Von Erdman，皮革(Das Leder)，“单核铬(III)盐到多核化合物的缩合(Condensation of Mononuclear Chromium(III)Salts to Polynuclear Compounds)”，Eduard Roether Verlag，达姆施塔特，德国，1963，v.14，p.249；并通过引用结合在此。
Udy，Marvin J.，铬(Chromium)，第1卷：铬及其化合物的化学(Volume 1：Chemistry of Chromium and its Compounds)，Reinhold Publishing Corp.，N.Y.，1956，pp.229-233；和Cotton和Wilkinson，高级无机化学第3版(Advanced Inorganic Chemistry 3rd Ed.)，John Wiley&Sons，Inc.，N.Y.，1972，pp.836-839，进一步描述了可以在本发明的范围之内并通过引用结合在此的典型的复合物。本发明不限于在所述文献中描述的具体的复合物及其混合物，而是可以包括满足以上所列限制的其他物质。

[0054] 凝胶延迟剂

[0055] 凝胶延迟剂是具有足够浓度以将水性胶凝溶液的pH升高或降低至约3.5至约6.8、优选约3.5至约6和最优选约3.5至约5的一元羧酸或一元羧酸盐或其混合物。示例性酸类包括甲酸、乙酸、丙酸、乳酸等。示例性羧酸盐包括甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐、乳酸盐等。

[0056] 除了延迟剂，缓冲剂是任何具有pKa值在约3.5至约6.8之间的水溶性缓冲子体系。在某些实施方案中，缓冲剂子体系具有在约3.5至约6之间的pKa值。在其他实施方案中，缓冲剂子体系具有在约3.5至约5之间的pKa值。示例性缓冲剂包括一元羧酸盐例如甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐或乳酸盐、磷酸氢盐和多元胺例如三亚乙基四胺、四亚乙基五胺和六亚甲基四胺或其混合物。因为靠近的分开的二元羧酸盐和三元羧酸盐强烈地螯合铬(III)胶凝剂从而阻止胶凝，所以应当避免二元羧酸盐和三元羧酸盐缓冲剂例如那些基于丙二酸、草酸和柠檬酸的使用的缓冲剂。

[0057] 延迟子体系与可交联聚合物子体系的摩尔比在约0.1∶1至约3.0∶1之间。在某些实施方案中，摩尔比在约0.5∶1至约2.5∶1之间。在某些实施方案中，摩尔比在约0.75∶1至约2.0∶1之间。

[0058] 可以在注入之前或注入期间通过管内混合方式在井口装置或井口装置附近将可交联聚合物体系、交联体系、交联延迟子体系和溶剂体系混合。或者可以将延迟体系、聚合物体系和溶剂体系混合，然后将交联体系加入以形成适合注入的大块胶凝组合物。不应使用连续注入，因为其导致不充分混合和随之的不完全胶凝。

[0059] 合适的用于本发明的溶剂体系包括但不限于：淡水或盐水。示例性淡水包括：自来水、生产水或任何其他来源的游离水。示例性盐水包括任何包含溶解在水中的无机或有机盐的水，包括高至它们在水中的溶解度上限的盐的盐水。

[0060] 溶解流体

[0061] 合适的用于本发明中的烃类流体包括但不限于：合成烃流体、石油类烃流体、天然-6烃(非水性)流体或其它类似烃或其混合物或组合。用于本发明中的烃类流体具有约5x10-6 2
至约600x10 m/s(5至约600厘斯托克斯(centistokes))的粘度。这样的烃流体的示例性实例包括但不限于：聚α-烯烃、聚丁烯、多元醇酯、生物柴油，植物馏分或植物油馏分的简单低分子量脂肪酸酯、醇的简单酯例如来自Exxon Chemicals的Exxate、植物油、动物油或酯、其它精油、柴油、具有低或高硫含量的柴油、煤油、喷气燃料(jet-fuel)、白油、矿物油、矿物密封油，氢化油例如PetroCanada HT-40N或IA-35或由Shell Oil Company制造的类似的油、具有约12至20个碳原子的内烯烃(IO)、具有约14和20个碳原子的直链α-烯烃、具有约12至约20个碳原子的聚α-烯烃、具有约12至约20个碳原子的异构化的α-烯烃(IAO)、VM&P Naptha、Linpar、具有13至约16个碳原子的Parafins，以及它们的混合物或组合。

[0062] 合适的聚α-烯烃(PAO)包括但不限于：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯、聚己烯、聚庚烯、高级PAO、其共聚物、和其混合物。PAO的示例性实例包括由Mobil Chemical Company作为SHF流体销售的PAO，和以前由Ethyl Corporation以名称ETHYLFLO销售和现在由Albemarle Corporation以商品名Durasyn销售的PAO。这样的流体包括那些规格为ETYHLFLO 162、164、166、168、170、174和180的。非常合适用于本发明的PAO包括约56％的ETHYLFLO(现在的Durasyn)174和约44％的ETHYLFLO(现在的Durasyn)168的共混物。

[0063] 聚丁烯的示例性实例包括但不限于：分别由Amoco Chemical Company和Exxon Chemical Company以商品名INDOPOL和PARAPOL销售的的那些。非常合适用于本发明的聚丁烯包括Amoco的INDOPOL 100。

[0064] 多元醇酯的示例性实例包括但不限于：新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇(pentaerythriols)、二季戊四醇、和二酯例如癸二酸二辛酯(DOS)，壬二酸二辛酯(DOZ)，和己二酸二辛酯。

[0065] 石油类流体的示例性实例包括但不限于：白矿物油、石蜡油和具有40℃下约5x -6 -6 210 至约600x10 m/s(5至约600厘斯托克斯)的中等粘度指数(MVI)环烷油。白矿物油的示例性实例包括由Witco Corporation、Arco Chemical Company、PSI和Penreco销售的那些。石蜡油的示例性实例包括可得自Exxon Chemical Company的溶剂中性油、可得自Shell Chemical Company的高粘度指数(HVI)中性油和可得自Arco Chemical Company的溶剂处理中性油。MVI环烷油的示例性实例包括可得自Exxon Chemical Company的溶剂萃取沿海型浅黄色中性油(coastal pale oil)、可得自Shell Chemical Company的MVI萃取/酸处理油、和由Calumet以名称HydroCal和Calsol销售的环烷油，和氢化油例如来自PetroCanada或Shell Oil Company的HT-40N和IA-35或其他类似的氢化油。

[0066] 植物油的示例性实例包括但不限于：蓖麻油、玉米油、橄榄油、葵花子油、芝麻油、花生油、棕榈油、棕榈仁油、椰油、黄油脂肪、芥花籽油、菜籽油、亚麻籽油(flax seed oil)、棉籽油、亚麻籽油(linseed oil)、其它植物油、改性植物油例如交联的蓖麻油等、以及它们的混合物。动物油的示例性实例包括但不限于：牛油、貂油、猪油、其它动物油以及它们的混合物。也将可以使用其他精油。当然，也可以使用所有以上明确的油的混合物。

[0067] 烃可溶聚合物

[0068] 用作本发明中的防沉淀添加剂或聚合物悬浮剂的合适的聚合物包括但不限于：线性聚合物、嵌段聚合物、接枝聚合物、星型聚合物或其他多臂聚合物，其包括一种或多种烯烃单体和/或一种或多种二烯单体以及它们的混合物或组合。本文使用的术语聚合物表示均聚物、共聚物、包含三种或更多单体(烯烃单体和/或二烯单体)的聚合物、包含低聚物或聚合物接枝的聚合物(其可以包含相同或不同的单体组成、延伸形成聚合物中心的臂或者成星试剂(stimng reagent)例如三价或四价连接剂或者二乙烯基苯结点等)、和具有不同立构规整度和微观结构的均聚物。示例性实例是苯乙烯-异戊二烯共聚物(无规或嵌段)、三嵌段的、多嵌段的、苯乙烯-丁二烯共聚物(无规或嵌段)、乙烯-丙烯共聚物(无规或嵌段)、磺化聚苯乙烯聚合物、甲基丙烯酸烷基酯聚合物、乙烯基吡咯烷酮聚合物、乙烯基吡啶、乙酸乙烯酯、或它们的混合物或组合。

[0069] 合适的烯烃单体包括但不限于：能够被聚合成聚合物的任何单不饱和化合物或它们的混合物或组合。示例性实例包括：乙烯、丙烯、丁烯和其他具有约5至约20个碳原子并且具有足够氢以满足价要求的α-烯烃，其中一个或多个碳原子可以被B、N、O、P、S、Ge等取代，且一个或多个氢原子可以被F、Cl、Br、I、OR、SR、COOR、CHO、C(O)R、C(O)NH2、C(O)NHR、C(O)NRR′或其他类似单价基团取代，可聚合内单烯烃单体或它们的混合物或组合，其中R和R′是相同的或不同的并且是具有约1至约16个碳原子的二价碳基，并且其中一个或多个碳原子和氢原子可以如上文刚刚所述地被取代。

[0070] 合适的二烯单体包括但不限于：能够被聚合成聚合物的任何双不饱和化合物或它们的混合物或组合。示例性实例包括1，3-丁二烯、异戊二烯、2，3-二甲基丁二烯或其他可聚合二烯单体。

[0071] 发明人已经发现，异戊二烯-苯乙烯双嵌段和星型聚合物Infineum SV150，由于其胶束形成性质，提供了优良的永久剪切稳定性和增稠效率。

[0072] 井处理

[0073] 合适的井处理包括但不限于：任何可以被导流通过本发明的导流层的井处理。示例性处理包括：防砂处理，聚集处理，和ζ调节处理如SandAid/ζ电势，粘性/发粘材料例如SandWedge，固砂/地层巩固处理，其中单体例如热环氧、呋喃、酚醛树脂等被泵送通过滤饼并随后原位聚合以巩固地层，防垢剂处理，防蜡剂处理，润湿性改性剂处理，杀生物剂处理，破胶剂处理，酶处理，消泡剂处理，酸处理以及它们的混合或组合。对于注入井，滤饼将允许将均匀的表面活性剂和聚合物水驱(flooding)处理泵送通过滤饼进入也经历了相同的不均匀渗透性问题的地层。

[0074] 组成范围

[0075] 增稠剂组成范围一水基流体

[0076] 可水合聚合物可以以水性流体的在0.001wt.％至约5.0wt.％之间的浓度存在于流体中。在其他实施方案中，该范围在约0.01wt.％至约4wt.％之间。在再其他的实施方案中，该范围在约0.1％至约2.5wt.％之间。在某些其他实施方案中，该范围在约0.20wt.％至约0.80wt.％之间。

[0077] 增稠剂组成范围一油基流体

[0078] 可水合聚合物可以以包含原油的油基流体的在0.001wt.％至约5.0wt.％之间的浓度存在于流体中。在其他实施方案中，该范围在约0.01wt.％至约4wt.％之间。在再其他的实施方案中，该范围在约0.1％至约2.5wt.％之间。在某些其他实施方案中，该范围在约0.20wt.％至约0.80wt.％之间。

[0079] 交联体系组成范围

[0080] 在其他实施方案中，交联剂以交联剂的金属离子的约10ppm至约1000ppm存在于可水合聚合物流体中。在一些应用中，水性聚合物溶液在添加交联剂之后立即交联以形成高粘凝胶。在另一些应用中，可以将交联剂的反应延迟使得直到想要的时间为止粘性凝胶形成不发生。

[0081] 过去，为了展示更高的表面交联性质，业界公司已经将在交联体系中将硼酸根离子和锆酸根结合用于交联CMHPG凝胶体系。例如，美国专利号6,214,773公开了一种改进的高温、低残留粘性井处理流体，所述处理流体包含：水；以所述处理流体中所述水的约0.12重量％至约0.48重量％的量存在于所述处理流体中的水合的半乳甘露聚糖增稠剂；用于缓冲所述处理流体和交联所述水合的半乳甘露聚糖增稠剂的延迟交联组合物，所述组合物包含含有水、三乙醇胺、含有多羟基的化合物和异丙醇的液体溶剂、有机钛酸盐螯合物或有机锆酸盐螯合物和产生硼酸盐离子的化合物，所述延迟交联组合物以所述处理流体中水的约0.04重量％至约1.0重量％的量存在于所述处理流体中；和用于导致所述粘性处理流体破裂成为稀薄的流体的延迟破胶剂，所述延迟破胶剂以所述处理流体中水的约0.01重量％至约2.5重量％的量存在于所述处理流体中。

[0082] 本发明的交联组合物具有在约10∶1至约1∶10之间的硼酸盐产生化合物的硼酸盐与过渡金属醇盐的摩尔比。在某些实施方案中，该摩尔比在约5∶1至约1∶5之间。在其他实施方案中，该摩尔比在约4∶1至1∶4之间。在其他实施方案中，该摩尔比在约
3∶1至1∶3之间。在其他实施方案中，该摩尔比在约2∶1至1∶2之间。并且，在其他实施方案中，该摩尔比是约1∶1。反应产品的准确摩尔比将一定程度上取决于要将组合物用于其的条件和系统，本文将使其更加清楚。尽管本发明的交联体系包含至少一种本发明的交联剂，但该体系也可以包含一种或多种常规交联剂，其中许多将在本文以下列出。

[0083] 滤饼或滤层形成和布置

[0084] 现在参照图1，显示了一个用于将处理流体导流到垂直定向的井的生产层段中的导流系统的实施方案，总体是100，包含井眼102，其在大地中，通过非生产地层104，进入具有不同地质地层108的生产层段106。该系统100包含套管110、工作管柱或生产油管112和将层段106从非生产地层104隔离的封隔器114。该系统100还包含在层段106的表面118上形成的受控的渗透性层116。导流层116具有受控的渗透性，这归因于包含层116的或者通过溶解或侵蚀层116中的可溶的或易受侵蚀的组分在层116中产生的物质的粒径分布。随着将处理流体120如防砂流体或其他井处理流体泵送到工作管柱或生产流112中，流体120通过层116并被导流或铺展开形成导流射流122，改善处理覆盖度、完整性和/或均匀性。从而，层116使地层的区段的有效渗透性均匀，使得整个地层表面的渗透性相同或基本上相同，其中术语基本上表示沿地层从点到点的渗透性相差不超过500％。在某些实施方案中，渗透性相差不超过50％。在其他实施方案中，渗透性相差不超过25％。在其他实施方案中，渗透性相差不超过10％。

[0085] 现在参照图2，显示了一个用于将处理流体导流到具有延伸的生产水平层段的井中的导流系统的实施方案，总体是200，包含井眼202，其在大地中，通过非生产地层204，进入生产地层208的延伸的生产层段206。该系统200包含套管210，工作管柱或生产油管212。该系统200还包含在位于层段206附近的滤网216上形成的受控的渗透性层214。导流层214具有受控的渗透性，这归因于包含层214的或者通过溶解或侵蚀层214中的可溶或易受侵蚀的组分在层214中产生的物质的粒径分布。随着将处理流体218如防砂和/或控水流体泵送到工作管柱212中，其通过层216，并且随着其通过层214和滤网216，其被导流或铺展开进入层段206形成导流射流220，改善处理覆盖度、完整性和/或均匀性。

[0086] 导流的地层

[0087] 现在参照图3A，显示了本发明的被导流的地层的一个实施方案，总体是300，包含生产地层302。生产地层302已经在其上形成或沉积了导流层304。此处显示导流层304具有跨越所示的生产地层302的部分的不均匀的厚度并具有第一孔隙度。在该实施方案中，厚度可以变化达到导流层304平均厚度的±50％。

[0088] 现在参照图3B，显示了本发明的被导流的地层的实施方案的另一个实施方案，总体是320，包含生产地层322。生产地层322已经在其上形成或沉积了导流层324。此处显示导流层324具有跨越所示的生产地层322的部分更均匀的厚度，但具有一致的波浪形表面——层厚度均匀变化——并具有第二孔隙度。在该实施方案中，厚度可以变化达到导流层324平均厚度的±25％。在该实施方案中，波浪形表面的波长在约50cm至10m之间。

[0089] 现在参照图3C，显示了本发明的被导流的地层的另一个实施方案，总体是340，包含生产地层342。生产地层342已经在其上形成或沉积了导流层344。此处显示导流层344具有跨越所示的生产地层342的部分更均匀的厚度，但具有更小波的一致的波浪形表面——层厚度更小均匀变化并具有第三孔隙度。在该实施方案中，厚度可以变化达到导流层344平均厚度的±10％。在该实施方案中，波动的表面的波长在约1cm至50cm之间。

[0090] 现在参照图4A，显示了本发明的被导流的地层的另一个实施方案，总体是400，包含生产地层402。被导流的地层400包含安置在地层402上的滤网组件404。被导流的地层400还包含在滤网组件404上形成的导流层406，其中导流层406包含比滤网组件404的开口具有更大直径的颗粒。

[0091] 现在参照图4B，显示了本发明的被导流的地层的另一个实施方案，总体是450，包含生产地层452。被导流的地层450包含安置在地层452上的滤网组件454。被导流的地层450还包含安置在滤网组件454和地层452之间的导流层456。在这种情况下，导流层456包含具有比滤网组件454的开口更小直径的颗粒。通过在滤网组件454上沉积导流组合物458形成层456。则组合物458流动通过滤网组件458以形成层456。

[0092] 现在参照图5，显示了本发明的被导流的地层的另一个实施方案，总体是500，包含生产地层502。被导流的地层500包含安置在地层502上的滤网组件504。被导流的地层500还包含插入在地层502和滤网组件504之间的第一导流层506，和在滤网组件504上形成的第二导流层508，其中第一导流层506包含比滤网组件504的开口具有更小直径的颗粒，且第二导流层508包含比滤网组件504的开口具有更大直径的颗粒。通过将导流组合物510沉积在滤网组件504上形成第一导流层506，则其流动通过滤网组件504以形成第一导流层506，而将第二层508在滤网组件504上简单沉积。

[0093] 现在参照图6，显示了本发明的被导流的地层的另一个实施方案，总体是600，包含生产地层602。被导流的地层600包含在地层602上形成的导流层604。在形成于地层602上之后，将导流层604用溶液606处理，其移除该层组成中可溶的或易受侵蚀的组分，改变层608的孔隙度。

[0094] 没有导流层的现有技术处理

[0095] 现在参照图7，显示了没有导流层的生产地层的现有技术处理的示意图，总体是700，包含生产地层702。则将处理组合物704应用到地层702。因为地层702不包含导流层，当通道706扩大时，处理组合物704在溶液通道706中穿透地层702；该图设计为用于说明该处理的非-均匀性。

[0096] 具有导流层的本发明的处理

[0097] 现在参照图8，显示了具有本发明的导流层的生产地层的处理的示意图，总体是800，包含生产地层802，具有在地层802上形成的导流层804。然后将处理组合物806应用到地层802的导流层804。将处理组合物806导流通过导流层804以形成导流的层808。因为地层802包含导流层804，处理组合物806以更均匀的方式从导流的层808进入地层802以形成处理过的地层810。一旦处理组合物806已经穿透地层802到期望的程度，处理溶液
806的回流留下永久的处理过的地层812。一旦处理回流已经发生，从地层802的回流和生产将开始侵蚀导流层804，形成部分受侵蚀的层814，进一步受侵蚀的层816，直到完全移除层804。

[0098] 本发明的实验

[0099] 介绍

[0100] 来自油井和/或气井的出砂可以导致滤网、管道和设备表面的损坏或堵塞并可能需要昂贵的维护或操作工作。包括电势或聚集改性剂产品如可得自Weatherford的SandAid在内的多种机械和化学处理可用于缓解这一问题。向地层或地层带中补救性泵送ζ电势或聚集改性剂可以减少出砂并增加井可以产生的最大砂释放速率。在用防砂、防垢剂、防蜡剂、酸化和其他处理对短层段的基质处理方面已经取得了很大成功。然而，这些处理在长的水平井中的合理的放置由于两个主要原因变得更加困难。首先，沿着井的压降过大将导致对井眼末端的处理不足。第二，这样的井的渗透性通常沿地层有高的变化。图9示出了跨越层段的变化的渗透性的示意图，这对于长的水平井是常见的。在这样的情况下，任何处理流体的大部分漏失进入高渗透性区域并且不足以进入低渗透性区域。如果高渗透性区域(漏失地层)位于朝向井的跟部，导致在井的开始处甚至更多的漏失，或者如果地层中有任何天然裂隙，往往会加剧这种情况。

[0101] 为了合理地用这一配置处理井，需要将一些处理流体从高渗透性带或区段导流离开到低渗透性带或区段。本发明的方法提供了通过以下方式的用于长的水平井的处理：在井眼内部上安置或建立受控的渗透性的滤饼，以及随后将处理泵送通过滤饼。如果正确地设计(engineered)滤饼的渗透性，那么跨越地层的有效渗透性将基本上均匀，导致对每一个带更均匀的处理。术语基本上表示跨越地层的渗透性相差不超过500％。在某些实施方案中，跨越地层的渗透性相差不超过250％。在某些实施方案中，跨越地层的渗透性不超过100％。在某些实施方案中，跨越地层的渗透性相差不超过50％。在某些实施方案中，跨越地层的渗透性相差不超过25％。在其他实施方案中，跨越地层的渗透性相差不超过10％。
在其他实施方案中，跨越地层的渗透性相差不超过5％。

[0102] 结果和讨论

[0103] 检测滤饼形成和渗透性

[0104] 实验地检测滤饼或层的渗透性和粒径要求。假设100mD的最低的渗透性带，滤饼应当具有至少这么低的渗透性。然而，初始建模表明约1mD至约50mD的滤饼渗透率可能是足够的。我们使用用于堆积球(packed spheres)的Rumpf-Gupte近似法来近似得到50mD滤饼的材料粒径分布，其给出了约9μm的粒径。然而，真实滤饼材料的样品总是具有将影响滤饼渗透性的粒径分布。不同批次用于钻井液应用的一定大小的碳酸钙的真实粒径分布示于图10A-C中。这些样品显示了比较宽的粒径分布，其对于桥联在真实地层中看到的宽分布的孔喉直径是有益的。

[0105] 通过绘制经过在350mL 压滤机中形成的滤饼的盐水流量对时间，来确定滤饼渗透性。三种描述的碳酸钙样品的结果在图11A-C中给出。

[0106] 示于图11A-C中的结果清楚地表明可以通过选择合适的粒径控制滤饼渗透性。确实，用具有在约4μm至约40μm范围内的D50的碳酸钙粒子良好地覆盖了约5mD至约50mD的目标范围。用于这些实验的基底是具有约2500mD的渗透性的陶瓷盘，表明能够在高渗透性带上形成滤饼。

[0107] 检测通过滤饼的处理

[0108] 发展了一种方法，将ζ电势或聚集改性剂或其他处理注入，在运转中(on-the-fly)产生湍流环境从而提供足够的混合。流路中湍流的程度主要取决于流速和管的直径(以及流体粘度、管表面光滑度和温度)。为了产生湍流，使用较小内径的毛细管。
因此，如示意性地示于图12中的，必须要将具有降低的水溶性的防砂剂或处理在运转中以高速率注入到盐水流中，并使其流过滤饼。

[0109] 在改进的压滤机中，将防砂化学品在运转中注入，并使其通过滤饼。将流出物收集到包含砂的烧杯中并手动混合盐水和砂。该试验的结果清楚地表明防砂剂穿过滤饼并且随后仍能够使砂团聚。

[0110] 检测滤饼的移除

[0111] 在导流的滤饼已经形成并且已经将ζ电势或聚集改性剂泵送通过那里之后，我们证明了滤饼是可移除的，同时最小化对地层的伤害。尽管用酸处理可以将碳酸钙容易地移除，分解成水、二氧化碳和钙离子，但是已知ζ电势或聚集改性剂是对酸性环境敏感的并在大约中性pH工作最好。

[0112] 我们证明了使用氢氧化钠将基于10％乙酸溶液的缓冲的乙酸体系调整到pH4.5、pH 4.75和pH 5对滤饼移除是有效的。进行ζ电势或聚集改性剂处理并随后用每一种乙酸缓冲溶液将团聚的砂处理过夜。结果表明用缓冲剂处理的样品在瓶倒置后保持在一起，保留它们的团聚能力。

[0113] 构建模型水平井设备

[0114] 为了检测导流滤饼概念的可行性，我们构建了模拟具有不同渗透性的带的水平井的设备。设备的总体设计示于图13中。由具有钻过其的纵向孔的砂石管道模拟井中的各个带。将砂石管道串联排列，并且流动水平地通过芯中央发生并径向地向外通过每个芯的体部。图13的芯排列显示最苛刻的水平井情况之一，其中高渗透性带(此处高渗透性芯)位于井的头部，起到大“漏失地层”的作用，漏失了大部分处理流体。如果导流的滤饼在这些条件下起足够的作用，那么其将良好地适合于大部分其他储集层情况。

[0115] 现在参照图14，显示了图13的设备的一个实施方案，总体是900，包含连接到含有流体阀门906的流体输送管904的流体处理储集层902。设备900还包括连接到具有浆料阀门912的浆料输送管910的过滤材料储集层908。管904和910连接到控制阀门914，其设计为允许流体或浆料导入水平井模型区域916中。阀门914通过进口管道918连接到区域916。区域916包含五个芯组件920a-e。组件920a-e包含透明外层922a-e。安装在组件120a-e的内部924a-e的是具有不同渗透性的芯926a-e。组件920a-e还包含顶部阀门928a-e和底部阀门930a-e。底部阀门930a-e通过管道932a-e连接到流收集容器934a-e。
组件920a-d通过互连管道936a-d连接，而组件920e连接到具有通向出口接收容器942的出口阀门940的出口管道938。组件920a-e的外层922a-e由透明材料构造从而可以看到微粒的流动，能够承受高达200psi的压力并且能够捕获流动通过每个芯的流体。本文所用透明材料是机加工的透明聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。设备900还包含一个或多个压力传感器944，此处是两个：944a&b。

[0116] 含有五个不同渗透性带的该设备900设计为收集流动通过的流体，可以将其直接捕获到容器如烧杯中，或可以将其发送通过连接到各个芯周围的阀门的管道。阀门的存在允许将流动导向到特定的芯或通过末端阀门。位于设备的开始和末端处的压力阀门用于计算贯穿该过程的渗透性变化。泵能够以大于3L/min的流速由盐水罐或从混合的碳酸钙浆料供给。泵入口上的3-通阀门允许顺序地泵送盐水或微粒浆料。

[0117] 使用模型设备

[0118] 使用该模型设备进行三步主要步骤以表明本发明的导流的滤饼的有效性。首先，必须证明伴随使用不同渗透性的芯的模型设备存在不均匀的流动模式。其次，必须证明本发明的过滤组合物在通过芯的钻孔上形成滤饼，导致更一致或更均匀的通过所有芯的流动。在某些实施方案中，滤饼将形成一致或基本一致的通过所有芯的流动。最后，必须证明滤饼随时间侵蚀或溶解而恢复芯原来的渗透性而对芯没有渗透性破坏。在典型的实验中，将3wt.％的KCl盐水以约3L/min的流速泵送通过设备100达2分钟，并且收集通过每个芯的流动，并测量设备中的压力。因为比较小的层段长度，在设备的开始和末端处的压力测试表明沿整个系统存在恒定的压力。等式1表明径向流态的渗透性的计算：

[0119]

[0120] 其中k是渗透性，Q是流速，μ是粘度，ro是外径，ri是内径，h是层段长度和Δp是压力差。因为渗透性取决于流体流动和压力差并且压力在每个芯处是相同的，通过每个芯的流体流动正比于渗透性。

[0121] 记录每个芯的开始流动和渗透性值之后，泵送碳酸钙浆料，以在每个芯的内表面上建立滤饼。将微粒浓度设计为足够高以允许有效的桥联。在这种情况下，发现2wt.％的碳酸钙给出良好的结果并将其以3L/min泵送到芯上，确定这是足够高的泵送速率。泵送方法包括：1)将浆料和盐水每30秒交替地泵送总计5分钟，2)泵送盐水以清除任何悬浮的固体，和3)泵送盐水10分钟并记录在这一时间段内产生的液体的量。

[0122] 尽管集中在约5μm碳酸钙的碳酸钙颗粒(Imerys Wel-Carb 5)形成导流层，但使用不同的泵送机制(例如其中交替泵送ζ电势或聚集改性剂和滤饼而不是预先形成滤饼)，更小粒径分布的材料形成更好。

[0123] 对于具有更宽粒径分布(PSD)的微粒组合物，如Wel-Carb 20，其具有与Wel-Carb25相似的PSD，导流层或滤饼的结果示于图15中，其表明在开始处高度不平衡的流动，在已经形成滤饼之后均匀的流动，并且还表明即使在停止泵送和移除压力一小时(以及甚至一天)之后，滤饼保持稳定。从左到右显示结果，对应于模型设备中第一到最后一个芯，并且在开始阶段检测流动体积2分钟，且在有滤饼情况下检测流动体积10分钟。因为芯的渗透性下降和模型设备中建立的压力差增加，总流动速率明显下降。假设滤饼厚度是0.5mm，发现有效的每芯渗透性是约13mD或滤饼渗透性是约1mD。

[0124] 对于甚至更大粒径的组合物例如具有39.6μm的D50的Wel-Carb 50，结果示于图16中。在这种情况下，两个带具有非常高的渗透性并将作为井中主要的漏失地层。滤饼的形成将通过所有芯的流速降低到约相同的水平。这意味着滤饼仍成功地作用以补偿芯的渗透性并产生沿设备的均匀流动。用酸溶解表明流速反弹到至少滤饼之前的水平，证明碳酸钙的有效移除。

[0125] 用不同的芯配置将这一实验额外进行两次以确定结果是可重复的并且在不同的井结构中可行。芯配置包括在模型设备的开始、中间和末端最高的渗透性。图17显示了在滤饼形成之后有效的芯渗透性的总结并证实了跨越模型地层补偿渗透性的能力。将结果列于下表，所述结果是初始时的流速和渗透性，具有滤饼的(相应的)值和滤饼移除之后的值(此处通过HCl溶液处理移除)：

[0126]

[0127] 当它可以足够将更高渗透性区段的渗透性降低到接近最低渗透性区段的水平时，也可以不必须沿着整个井眼均匀地形成滤饼。实际的井还可能具有更大的裂缝、裂隙等，在其上将不可能用小尺寸微粒形成滤饼。在这样的情况下，可能需要使用分级的泵送机制：以大直径材料开始并减低到足够跨越地层使流动廓线均匀的粒径。实施例

[0128] 测试滤饼形成和渗透性

[0129] 从Imerys得到Wel-Carb 2、5、20、25和50的样品。

[0130] 通过称量8g的碳酸钙并将其直接添加到具有约2500mD陶瓷盘的压滤机确定滤饼的渗透性。添加盐水并用刮刀手动将微粒混合。盐水(至少350mL)在大气压力下通过压滤机以形成滤饼。一旦形成，将压滤机中盐水的体积恒定地填满以维持约350mL的体积，同时记录流通通过压滤机的体积。计算由于重力产生的压力以及流速并使用达西定律计算渗透性。发现流动-通过压滤设备是实现恒定的通过滤饼的流动或压力的最简单的方法。

[0131] 通过滤饼的处理

[0132] 如图12中所示，使用以流动-通过活塞附件改装的100mL压滤机，进行通过滤饼的处理的运行中注入。将5g的PLA直接添加到带有约2500mD陶瓷盘的压滤机，接着添加盐水，然后将其混合以将固体悬浮。将该结构加热至180°F。接着总计100mL的盐水以20mL/min通过设备以形成滤饼。接着，将防砂剂(SandAid)以10vol.％的浓度在运行中注入直到SandAid液滴开始从压滤机的底部洗脱。将防砂剂与砂搅拌，证明砂聚集能力的保留。

[0133] 检测滤饼的移除

[0134] 通过将25％的NaOH溶液添加到10％的乙酸水溶液直到达到合适的pH来制造pH4.5、pH 4.75和pH 5的乙酸盐缓冲剂。使用标准烧杯团聚测试，用ζ电势或聚集改性剂将砂团聚：将7mL的SandAid添加到100g混合在100mL的2wt.％KCl盐水中的20/40砂，将溶液用100mL盐水洗涤两次，并将团聚的砂转移到瓶。接着，添加100mL的合适的乙酸盐缓冲剂并过夜老化。将瓶倒置以检测团聚。

[0135] 建立水平井模型设备

[0136] 图14的设备的组件：清洗芯以移除钻探细粉并允许其干燥。通过将洁净的有机硅RTV放置到端部部件上，并小心地插入到芯上，并用手向下挤压，来将端部部件连接到芯。将一个端部部件连接之后，在另一侧重复该过程。在继续之前，允许RTV放置24小时。

[0137] 将O形环插入塑性的芯-承载器(core-holder)区域并将芯插入，用一些添加到塑性的芯端部部件(core end-piece)侧面的润滑剂促进插入。然后通过交替一个芯承载器和一个中间部件来组装设备。用不锈钢螺纹杆将设备如图14所示保持在一起，并紧固得足以密封法兰O形环。将塑料接头连接到芯-承载器区域中的有螺纹的开口并将不锈钢阀门连接到它们。将具有合适的配件的端部法兰连接到设备端部。如果需要，将压力表放置在设备的开始部分和每个连接管处。放置阀门以允许流通过设备的末端并在设备的开始部分将流导流。使用能够约15L/min流速的齿轮泵和变频电机。必须使用压力释放阀门(150-200psi最大压力)以防止不安全的压力升高。

[0138] 使用模型设备

[0139] 长水平井模型设备中用于滤饼形成的步骤：组成60L 3wt.％的KCl盐水并将其转移到储存槽。组成10L的以质量计2wt.％的碳酸钙悬浮液并用大混合刀片以在150rpm至200rpm之间搅拌。用3-通阀门将盐水或碳酸盐浆料以15Hz的泵送速率进料到设备中。通过以15Hz(约3L/min)使盐水流动2分钟并在烧杯中收集每个芯的流出物并称重，测试开始的流量和渗透性。接着，将碳酸盐浆料和盐水每30秒交替泵送总计5min并再泵送盐水
1min。此时，将烧瓶切换为空烧杯并继续流动10min，此后称重每个烧杯中的流体。

[0140] 通过将5％的HCl泵送通过设备进行滤饼的酸溶解，并随后一个接一个地关闭芯承载器阀门直到芯承载器都填充酸溶液。在将设备关闭过夜之后，盐水流过设备以将酸清除并然后再使其流动2分钟以记录流动。

[0141] 将所有本文引用的文献通过参考并入。尽管已经参考其优选的实施方案公开了本发明，但本领域技术人员从阅读本说明书可以认识到可以进行的改变和变化，这没有离开本发明如上所述和后面所要求保护的范围和精神。

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