本发明关系到一种从渗透性受损的地下砂岩层提高采油率的方法，特别是关系到一种恢复被侵入流体破坏了的岩层的渗透性，从而稳定岩层中的粘土及其它碎屑颗粒，以提高采油的方法。 含水流体流经或换言之侵入到一种含有粘土及其它碎屑颗粒的地下含油沙岩层，常常导致渗透性及流体流量下降，从而降低了采油量或注入岩层的流体量。含水流体可以来自诸如地下含水层、二次或三次采油注水、或用于油井中处理作业的流体等种种来源，侵入到地下岩层。
当含水流体侵入到岩层中时，至少会发生两种破坏现象。第一种是由于岩层基质的活动、运移及被碎屑颗粒堵塞而引起的渗透性下降。入侵流体流经砂岩基质时，会通过化学作用或机械作用把碎屑颗粒从基质的孔体上分开。流体夹带着碎屑颗粒送到基质的孔喉中使渗透性下降的位置上，在那里碎屑颗粒形成桥状砂堵，并阻止其它我们希望流过的流体流经基质。
有关碎屑颗粒运移的现象，文献中有所论述。请参看T.W.默克“岩层细碎物质及其在多孔介质中移动的控制因素”，石油技术杂志，1979年2月，第144页;和G.A.盖伯利耳及G.R.殷纳木达“多孔介质中细碎物质运移的实验研究”，发表于1983年10月5-8日，在美国旧金山举行的第58届技术年会上的SPE12168号论文上。
第二种破坏是由诸如蒙脱石之类地粘土的膨胀，这也会使岩层渗透性下降。就膨胀性而论，淡水一般是最具破坏性的入侵流体，因为淡水与原生水的离子含量，一般存在着很大的差别。
对一些使粘土及其它细碎物质稳定以防止运移或膨胀的盐水曾作过研究。此等盐水接触岩层时，能把破坏降至最低限度、或是以后淡水接触岩层时，能减少进一步破坏的危险。请参见R.E、格拉姆，“应用粘土矿物学”，Mc Graw Hill书局出版，纽约，1962年，始自第298页;C、F、史密斯等人“阻止粘土膨胀的钾、钙处理”、油气杂志，1964年11月30日，第80页;希旦斯克，美国专利第4，280，560号;J、R、泰潘等人，美国专利第4，572，297号。
上述处理方法表明能有效地稳定地层中的粘土及其它碎屑颗粒，并能够减少岩层进一步破坏的危险。但是，对已经被侵入流体破坏了的岩层，需要作有效的补救处理，“以恢复渗透性能，并减少流体继续侵入所引起的渗透性继续下降的可能。
本发明提供一种两步法，用以恢复被侵入流体破坏了的岩层的渗透性，并减少以后流体入侵破坏岩层的危险。实现本方法是首先向钻入岩层的井身中注入一种反破坏盐水溶液。该盐水在反破坏并恢复岩层的渗透性的条件下处理使渗透性下降的碎屑颗粒。在注入反破坏盐水之后，接着向井身注入一种稳定溶液，以稳定处理过的碎屑颗粒，并尽量减少当前的破坏再度出现，或是今后由于含水流体的入侵而发生破坏的危险。
本发明是关于使地下水敏砂岩层中的粘土及其它碎屑颗粒稳定的一种补救方法。本方法可有利地应用于已受入侵含水流体所引起的渗透性破坏的近井区。
在本说明中自始至终所用的术语“破坏”，指的是岩层中超越正常时间的渗透性下降，和同时出现的流量下降。地层破坏可能是受入侵含水流体与原生水之间离子补充量的变化而造成的化学变化，也可能是受在过高速度下流经岩层的入侵流体所造成的机械作用。“粘土及其它碎屑颗粒的稳定”这一术语指的是：处理沙岩层从而基本上防止侵入流体所造成的渗透性破坏及流量下降。“侵入流体”指的是进入岩层的任一种来自外界的流体，还包括回注的生产水及其注入流体。
造成渗透性破坏的碎屑颗粒，包括砂岩孔体中所有能膨胀的和可能移动的碎屑颗粒。碎屑颗粒系指那些直径小于37微米的颗粒。可以导致渗透性破坏的碎屑颗粒的例子有：粘土、高表面氧化硅、矿物、云母、长石及重晶石。在本说明中一直使用的术语“粘土”，即包括诸如微晶高岭土、蛭石、膨胀性的氯泥石的膨胀粘土，也包括诸如粘结性很差的高岭土和伊利石颗粒的混合层的膨胀粘土和可运移粘土。“混合层膨胀性粘土”包括膨胀性的和非膨胀性的粘土的层状混合物，与淡水接触时即可膨胀。“淡水”这个词指的是溶解的盐类浓度比较低、含有单价阳离子的水溶液。
本发明的方法分两步进行，第一步是向穿过水敏性的地下含烃砂岩层的井身注入第一处理流体，即反破坏盐水，这个岩层因以前的渗透性破坏而显示出渗透性下降。上述井身可以是注入井或生产井。
此外所用的“反破坏盐水”这一术语指的是一种盐水，它能够将碎屑颗粒运移或粘土膨胀而造成的岩层渗透性破坏恢复过来。反破坏盐水最好是有高离子浓度;更好的是高浓度的溶解单价离子盐类。实用的反破坏盐水包括高浓度比较高的氯化钾、氯化铵和氯化钠。
如果渗透性下降是由碎屑颗粒运移使岩层堵塞所导致的，主要要用机械的方法进行反破坏。反破坏盐水在足够的速度及适宜的方向下被驱动通过岩层，将聚集的碎屑颗粒从岩层中使渗透性降低的位置上挪开，即把碎屑颗粒孔喉处挪开并推入孔体中去。盐水的速度不应大到使碎屑颗粒跨过孔体跑到对面孔喉而又形成新的堵塞。如果是生产井，可将反破坏盐水注入并驱离井身，从而将碎屑颗粒赶到孔体中。如果是注水井，可将盐水先注入并驱离井身，然后以高速度反向井身驱动，把碎屑颗粒赶到孔体中。
确定一个足以挪动聚积于孔喉中的碎屑颗粒的速度，与孔喉处碎屑颗粒桥的稳定程度有关。一般说，移动碎屑颗粒桥，要采用约每小时1至10，000米的水驱前缘的推进速度，最好是大约每小时10至1000米。处理的时间只要能把碎屑颗粒从破坏了的孔喉移动到孔体中就行了。这项时间的长短，与岩层中处理流体的速度有关。
处理运移的碎屑颗粒，所用反破坏盐水溶液的盐浓度，大约在0.2%（重量）至该盐在溶液中的溶解度极限范围内，较好的盐浓度为1.0%至10%（重量）左右，最好是2.0%至4.0%（重量）左右。
如果渗透性下降是由粘土膨胀所引起的，主要要用化学方法处理岩层。与处理运移碎屑颗粒相比，处理膨胀粘土与注入盐水的方向及速度的关系不那么大，与盐水的离子补充量和浓度的关系比较大。用以反粘土膨胀的反破坏盐水是在大大低于处理运移碎屑颗粒的前缘推进速度下注入井身的。反破坏盐水溶液的盐浓度，用于处理膨胀粘土时，一般要略高一些，即大约从1.0%（重量）至大约盐在溶液中的溶解度极限，最好是2.0%至10%（重量）左右。粘土与适宜的反破坏盐水足够的接触，引起粘土颗粒的收缩。膨胀颗粒与反破坏盐水接触的处理时间约0.1至大约72小时，最好是1.0至24小时左右。
一旦由碎屑颗粒运移或是粘土膨胀所导致的渗透性破坏，恢复到足够的程度，就停止反破坏盐水的注入及驱替。在终止反破坏盐水的处理后，便开始进行本方法的第二步。把第二处理流体，即稳定溶液注入井身，并驱入岩层中。稳定溶液与处理范围内的所有碎屑颗粒接触，并且有效地减少它们以后膨胀或是从孔体运移的能力。
用稳定溶液处理岩层，以在限定的溶液流速下进行较为有利，因为静态处理会导致微量的岩层渗透性破坏。前缘的推进速度大于约每小时0.7米时，就能有效地防止处理中的渗透性破坏。虽然能采用大得多的前缘推进速度，但这样的速度一般提供不了多少额外的好处，由于化学品的费用高，应避免不断提高流速。
在现有技术中已知有许多稳定溶液。其中氢氧化钾水溶液较为适宜，因为已有人指出氢氧化钾能够持久地稳定粘土及其它碎屑颗粒。稳定溶液中氢氧化钾的浓度在大约1.0%（重量）到大约氢氧化钾在溶液中的溶解极限的范围内，较好的是大约5.0%30%（重量），最好是约15%到25%（重量）左右。有利的是使用含同种单价阳离子为主的反破坏盐水和稳定溶液。所以当稳定溶液是氢氧化钾溶液时，反破坏盐水最好是诸如氯化钾之类的钾盐溶液。
用稳定溶液处理岩层的时间，宜在大约1至48小时左右，最好是24小时左右。一旦完成稳定处理，井身便可恢复作为注水井或生产井进行运转，而且即使在高流速下，能大大抵抗大的破坏及渗透性下降。
本发明方法可应用于宽范围的地下岩层温度，也可应用于宽范围的地下岩层矿物学研究。本发明的方法能够应用于温度从大约22℃到125℃左右，或更高的地下沙岩层。
实际上，本发明方法可以限于处理近井身周围的地下砂岩层，这里所用的“近井身”术语，指的是穿过地下砂岩层的井身周围的地下砂岩层，其水平方向结构比较均匀。一般说，近井身周围通常从井身延伸到岩层的径向距离可达3米左右，可能延伸到9米左右或更多一些。由于最大的流体压力降、流体流速及被输送的流体量，出现在地下岩层近井身周围，所以近井身周围是地下岩层最易遭受破坏的区域。此外，近井身周围的渗透性破坏对流体注入及采油的影响最大。虽然本发明方法并不一定局限于近井身周围，但用于远井身区则比较费钱，而且价值不大，因为远井身区中的稳定问题并不严重。
下面用实施例说明本发明的方法，但不能认为是局限于这一范围。
实施例1
某一未经压裂的生产井，从温度为58℃的渐新世纪油层采油。该油层的特征是高硅砂岩，含有大量自生可运移高岭土。该油井原来的产量约为每天1，700桶，含水很少。当含水量达到20%时，油井的采油率以每年80%的速率迅速下降。采油率的损失是由于近井身高岭土颗粒运移的渗透性被破坏所致。按照本发明的方法处理此油井，当时采油量达到约每天300桶流体、80桶油。
在20，700千帕最高注入压力下，向离井身径向距离1.2米处注入3%（重量）KCl溶液。在注入KCl溶液过程下，逐步提高注入速率，但在接近结束注入时，注入速率几乎平稳下来。注入KCl溶液，看来可暂时打消孔喉处粘土颗粒的堵塞。
下一步，在48小时内缓慢注入15%（重量）的KOH溶液，处理离井身径向距离0.9米的岩层。此后，用3%（重量）的KCl溶液，从井身向外缓慢驱替KOH溶液，并关井24小时。该油井重新投产，第一周按每天1，700桶流体，650桶油进行生产。在六个月后处理生产以后，油井按照每天1，500桶流体和500桶油进行生产。
该实施例说明，破坏了的生产井中，近井身粘土颗粒运移所引起的渗透性破坏是能恢复的。通过采用适宜的粘土稳定剂，恢复了的渗透性可以持久。这就保障了高水平的采油，今后不受近井身粘土引起的渗透性破坏的阻障。
实施例2
实施例1的油层中未压力裂的注入井，开始时在20.700千帕的最大注入压力下，每天注水3，700桶。注入水中的离子组成几乎与原生水的一样。注入水从离子性质上说，是非破坏性的，但是长时期的高速注水，由于过量的水力拖动就触动了某些可运移的粘土。经过三年注水后，井的注入率下降到每天900桶。井遭受到近井身粘土颗粒运移而引起的渗透性破坏。
用下列处理法逆转了由于粘土颗粒运移引起的渗透性破坏，并使粘土稳定。向井中注入2%（重量）KCl溶液，向外推到离井身径向距离1.8米处。之后在可能达到的最高生产速率下，用泵抽回KCl溶液。在采收KCl溶液时，采收速率大幅度提高，说明由于阻碍孔喉的破坏性粘土的颗粒的解脱，近井身的渗透性得到改善。
在48小时内向井中缓慢注入15%（重量）的KOH溶液，并向外推至离井身径向距离0.9米处。在把大间隔量的2%（重量）KCl溶液注入井内以后，用同样的缓慢速度把正常注入水注入到井内，历时48小时，然后在20.700千帕最大注入压力下，让井恢复注水。第一周每天向井中注入水量为1，900桶，通过一年半的注水以后，井的注水量为每天1，750桶。
这种处理说明，对注水井的近井身造成的粘土颗粒破坏，可以在很大程度上得到恢复。粘土颗粒可以加以永久稳定，以防止进一步的渗透性能破坏，并保持恢复了的渗透性。
虽然上面已说明并且表明了本发明中一些较好的具体作法，但是应当理解，所有替代的及改进方法，例如已提出的那些方法，及其它方法，都属于本发明范围之内。