[发明专利]粘土的硅酸钾稳定方法

说明书

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。