(57)【要約】地下層中の砂を固結するプロセスは、固結材料を生成するために石油製品の粘度を低下させるステップと、前記固結材料を前記地下層に提供するステップと、前記地下層に固結領域を生じさせるために前記地下層の砂を前記固結材料で固結するステップとを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂を固結する方法であって：
固結材料を生成するために、石油製品の粘度を低下させるステップと；
前記固結材料を地下層に提供するステップと：
前記地下層中に固結領域を生成するために、前記地下層の砂を前記固結材料で固結するステップと；を備える、
砂の固結方法。
【請求項２】
前記石油製品は、アスファルトとタールとのうちの少なくとも一方を備える、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記石油製品の粘度を低下させるステップは、前記石油製品を溶媒と組み合わせるステップを備える、
請求項１又は請求項２に記載の砂の固結方法。
【請求項４】
前記溶媒は、ペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベンゼン、キシレン、トルエン、イソプロピルベンゼン、デカリン、テトラリン、及びメチルナフタレンのうちの少なくとも一つを備える、
請求項３に記載の砂の固結方法。
【請求項５】
前記溶媒は、キシレンを備える、
請求項４に記載の砂の固結方法。
【請求項６】
前記溶媒は、実質的にキシレンから成る、
請求項５に記載の砂の固結方法。
【請求項７】
前記溶媒は、キシレンから成る、
請求項６に記載の砂の固結方法。
【請求項８】
前記石油製品と前記溶媒とを組み合わせるステップの前に、前記石油製品及び前記溶媒のうちの少なくとも一方とマルテンとを組み合わせるステップを更に備える、
請求項６に記載の砂の固結方法。
【請求項９】
前記石油製品の粘度を低下させるステップは、前記石油製品を加熱するステップを含む、
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の砂の固結方法。
【請求項１０】
前記石油製品を加熱するステップは、発熱化学反応から放出される熱を用いて加熱するステップを備える、
請求項９に記載の砂の固結方法。
【請求項１１】
前記発熱化学反応は：
2020515745.tif 000004
を備える、
請求項１０に記載の砂の固結方法。
【請求項１２】
前記固結材料の粘度の範囲は２４℃において約１，０００ｃＰ乃至１０，０００ｃＰである、
請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の砂の固結方法。
【請求項１３】
前記固結材料を前記地下層に提供するステップは、前記固結材料を前記地下層へ注入するステップを備える、
請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の砂の固結方法。
【請求項１４】
前記地下層の砂を固結するステップは、前記石油製品と前記砂との間に化学的又は物理的な結合を形成するステップを備える、
請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の砂の固結方法。
【請求項１５】
前記地下層の砂を固結するステップは、前記砂を前記固結材料と接触させて前記固結材料の粘度を低下させるステップを備える、
請求項１乃至請求項１４のいずれか一項に記載の砂の固結方法。
【請求項１６】
マルテンを前記石油製品及び前記固結材料のうち少なくとも一方と組み合わせるステップを備える、
請求項１乃至請求項１５のいずれか一項に記載の砂の固結方法。
【請求項１７】
前記固結領域の浸透性を高めるために、有機溶媒を前記地下層へ提供するステップを更に備える、
請求項１乃至請求項１６のいずれか一項に記載の砂の固結方法。
【請求項１８】
前記有機溶媒を前記地下層に提供するステップは、前記固結領域を前記有機溶媒に接触させるステップを備える、
請求項１７に記載の砂の固結方法。
【請求項１９】
前記固結領域中の前記固結材料は、マルテンを備え、
前記固結領域を前記有機溶媒に接触させるステップは、前記固結領域中の前記マルテンの少なくとも一部を溶解させるステップを備える、
請求項１８に記載の砂の固結方法。
【請求項２０】
マルテンを前記固結領域から回収するステップを更に備える、
請求項１９に記載の砂の固結方法。
【請求項２１】
前記有機溶媒は、ペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベンゼン、キシレン、トルエン、イソプロピルベンゼン、デカリン、テトラリン、及びメチルナフタレンのうちの少なくとも一つを備える、
請求項１７乃至請求項２０のいずれか一項に記載の砂の固結方法。
【請求項２２】
有機溶媒は、ペンタンを備え、
前記ペンタンは、ｎ‐ペンタンを備える、
請求項２１に記載の砂の固結方法。
【請求項２３】
前記ペンタンは、実質的にｎ‐ペンタンから成る、
請求項２０に記載の砂の固結方法。
【請求項２４】
前記ペンタンは、ｎ‐ペンタンから成る、
請求項２１に記載の砂の固結方法。
【請求項２５】
前記地下層中の対象としての砂区域を識別するステップを更に備え、
前記固結材料を前記地下層に提供するステップは、前記対象としての砂区域中の砂を前記固結材料に接触させるステップを備える、
請求項１に記載の砂の固結方法。
【請求項２６】
前記地下層中の砂を固結するステップは、前記対象としての砂区域中の砂を固結するステップを備える、
請求項２３に記載の砂の固結方法。
【請求項２７】
前記対象としての砂区域は、前記固結領域を備える、
請求項２４に記載の砂の固結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
この出願は、２０１７年３月２７日に出願された米国仮特許出願第６２／４７７，０５１号の優先権を主張し、その全体の内容は参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、アスファルテンやタールなどの石油製品による地下層の砂の固結に関する。
【背景技術】
【０００３】
世界の総原油及び天然ガスの推定７０％は固結状態が劣悪な貯留層に埋蔵されている。砂生成（サンドプロダクション）すなわち砂粒化（サンディング）は、未固結砂岩層中ではごく普通である。油井及び水圧入井におけるサンディングは大きな問題である。緩い砂は圧入性を弱め、費用のかさむ洗浄作業が必要となる。サンディングは生産コストの上昇を招くだけでなく、油井を突然塞いだり、油田全体の操業停止にもつながるダウンホール空洞（キャビティ）を発生したりする。さらに、砂生成が過剰になると、地下の設備だけでなく地上の生産施設までも浸食されてしまう。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、タールやアスファル等の石油製品によって地下層中の砂を固結するための方法及びシステムについて述べる。
【０００５】
一般的な態様では、地下層中の砂を固結することは、固結材料を生成するために、石油製品の粘度を低下させるステップと、前記固結材料を地下層に提供するステップと、前記地下層中に固結領域を生成するために、前記地下層中の砂を前記固結材料で固結するステップとを含む。
【０００６】
一般的な態様の実施には、以下の特徴の１つ以上が含まれてもよい。
【０００７】
実施の形態によっては、前記石油製品は、アスファルトとタールとのうちの少なくとも一方を含む。前記石油製品の粘度を低下させるステップは、前記石油製品を溶媒と組み合わせるステップを含んでもよい。適切な溶媒は、キシレン、ベンゼン、シクロヘキサン、トルエン、メチルシクロヘキサン、イソプロピルベンゼン、デカリン、テトラリン、及びメチルナフタレンのうちの少なくとも一つを含む。前記溶媒は、キシレンを含むか、本質的にキシレンからなるか、又は、キシレンからなる場合がある。いくつかの実施の形態は、前記石油製品を前記溶媒と組み合わせるステップの前に、前記石油製品及び前記溶媒のうちの少なくとも一方とマルテンとを組み合わせるステップを含む。
【０００８】
実施の形態によっては、前記石油製品の粘度を低下させるステップは、前記石油製品を加熱するステップを含む。前記石油製品を加熱するステップは、前記石油製品を発熱化学反応から放出される熱で加熱するステップを含んでもよい。適切な発熱化学反応の例は次のとおりである。
2020515745.tif 000002
【０００９】
実施の形態によっては、前記固結材料の粘度は２４℃で約１，０００ｃＰ〜１０，０００ｃＰの範囲である。実施の形態によっては、前記固結材料を前記地下層に提供するステップは、前記固結材料を前記地下層へ注入するステップを含む。特定の実施の形態では、前記地下層内で砂を固結するステップは、前記石油製品と前記砂との間に化学的又は物理的な結合を形成するステップを含む。前記地下層内の砂を固結するステップは、前記砂を前記固結材料と接触させて、前記固結材料の粘度を低下させるステップを含む。
【００１０】
一般的な態様の実施の形態は、マルテンを前記石油製品及び前記固結材料のうち少なくとも一方と組み合わせるステップを含む。
【００１１】
実施の形態によっては、一般的な態様は、前記固結領域の浸透性を高めるために、有機溶媒を前記地下層へ提供するステップを含む。前記有機溶媒を前記地下層に提供するステップは、前記固結領域を前記有機溶媒に接触させるステップを含んでもよい。
【００１２】
実施の形態によっては、前記固結領域中の前記固結材料はマルテンを備え、前記固結領域を前記有機溶媒に接触させるステップは、前記固結領域中の前記マルテンの少なくともいくらかを溶解させるステップを含む。前記有機溶媒は、ペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベンゼン、キシレン、トルエン、イソプロピルベンゼン、デカリン、テトラリン、及びメチルナフタレンのうちの少なくとも一つを典型的に含む。前記有機溶媒はペンタンを含んでもよい。実施の形態によっては、有機溶媒は、ｎ‐ペンタンを含み、本質的にｎ‐ペンタンからなり、又はｎ‐ペンタンからなる。特定の実施の形態において、マルテンは、固結化領域から回収される。
【００１３】
実施の形態によっては、一般的な態様は、前記地下層中の対象としての砂区域を識別するステップを含み、前記固結材料を前記地下層に提供するステップは、前記対象としての砂区域中の砂を前記固結材料に接触させるステップを含む。特定の実施の形態において、前記地下層中の砂を固結するステップは、前記対象としての砂区域中の砂を固結するステップを含む。前記対象としての砂区域は前記固結領域を含んでもよい。
【００１４】
本明細書で述べる主題の一つ以上の実施について、付帯図面及び以下の記載によって詳細に説明する。本主題の他の特徴、態様、及び利点に関しては、明細書、図面、及び特許請求の範囲から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】石油製品を用いて地下層中の砂を固結する例示のプロセスを示すフローチャートである。
【００１６】
【図２】地下層中の固結された砂の領域を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１を参照すると、プロセス１００は、地下層中で石油製品を用いて砂を固結するための例示のプロセスである。この石油製品の初期粘度は、典型的には、２４℃で少なくとも１，０００ｃＰである。実施の形態によっては、石油製品はアスファルト及びタールのうちの少なくとも一方を含む。
【００１８】
ステップ１０２では、固結材料を生成するために石油製品の粘度を下げる。実施の形態によっては、石油製品の粘度を下げるステップは、石油製品を加熱するステップと、石油製品を有機溶媒と混ぜ合わせる（組み合わせる）ステップとのうちの少なくとも一方のステップを含む。好適な有機溶媒の例として、キシレン、ベンゼン、シクロヘキサン、トルエン、メチルシクロヘキサン、イソプロピルベンゼン、デカリン、テトラリン、及びメチルナフタレンが挙げられる。実施の形態によっては、溶媒はキシレンを含む。特定の実施の形態において、溶媒はキシレンから成る、又は、実質的にキシレンから成る。溶媒の石油製品に対する体積比は、典型的には、５体積％乃至６０体積％の範囲である。一例では、溶媒の石油製品に対する体積比は約１：１０である。固結材料の粘度範囲は、典型的には、２４℃で約１，０００ｃＰ乃至約１０，０００ｃＰである。
【００１９】
石油製品を加熱するステップは、石油製品の温度を高めるために任意の熱エネルギー源を用いるステップを含んでもよい。石油製品は、その粘度を下げるために約９０℃乃至約２１０℃の範囲の温度に加熱してもよい。実施の形態によっては、加熱された石油製品の粘度の範囲は少なくとも２００ｃＰである。
【００２０】
一の実施の形態において、石油製品を加熱するステップは、発熱化学反応から放出された熱を石油製品に提供するステップを含む。特定の実施の形態では、発熱化学反応は、発熱反応によって熱を発生し且つクローズドシステム（閉鎖系）の圧力を高める一種以上の酸化還元反応物を含む。好適な酸化還元反応物として、尿素、次亜塩素酸ナトリウム、アンモニウムを含む化合物、及び、亜硝酸塩を含む化合物が挙げられる。実施の形態によっては、発熱化学反応は、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、硝酸アンモニウム、硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム、及び水酸化アンモニウム等のアンモニウムを含む化合物を含む。実施の形態によっては、発熱化学反応は、亜硝酸ナトリウム及び亜硝酸カリウム等の亜硝酸塩を含む化合物を含む。実施の形態によっては、発熱化学反応は、アンモニウムを含む少なくとも一種の化合物と、亜硝酸塩を含む少なくとも一種の化合物とを含む。アンモニウムを含む化合物と亜硝酸塩を含む化合物との好適な組み合わせの一例として、塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）と亜硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ２）との組み合わせがあり、両者は次のように反応する。
2020515745.tif 000003
【００２１】
実施の形態によっては、石油製品と、有機溶媒と、固結材料とのうちの少なくとも一つに添加剤が加えられる。実施の形態によっては、添加剤がマルテンを含む。特定の実施の形態では、添加剤がマルテンから成る、又は、実質的にマルテンから成る。
【００２２】
ステップ１０４では、固結材料が地下層に提供される。実施の形態によっては、プロセス１００は地下層中の対象としての砂区域を識別するステップを含み、固結材料を地下層に提供するステップは対象としての砂区域中の砂を固結材料に接触させるステップを含む。実施の形態によっては、固結材料はマルテン等の添加剤を含む。固結材料を地下層に提供するステップは、典型的には、固結材料を地下層へ注入するステップを含む。
【００２３】
ステップ１０６では、地下層中の砂が固結材料で固結されて固結化領域を生じる。地下層中の砂を固結するステップは、典型的には、地下層中の固結材料の粘度を高めるステップを含む。固結材料の粘度を高めるステップ（固結材料の粘度の増加）は、典型的には、約１時間乃至２４時間の範囲で生じ、地下層中の砂を結合させる半固形材料を生ずる。地下層中の固結材料の粘度を高めるステップは、例えば、ブライン（brine）を使用した有機溶媒のフラッディング（flooding）により、又は、地下層中の固結材料の温度を下げることにより、固結材料から有機溶媒を除去するステップを含んでもよい。つまり、固結材料の熱が地下層へ伝わるような、地下層の温度を超える温度で、固結材料を地下層に提供してもよい。地下層中の砂を固結するステップは、固結材料で砂を結合するステップを含む。固結材料で砂を結合するステップは、典型的には、石油製品と砂との間に化学的又は物理的結合を形成することで固結されたひとまとめの砂（サンドパック）を形成するステップを含む。固結材料が地下層に提供される前に対象としての砂区域が識別される場合、地下層中の砂を固結するステップは、対象としての砂区域中の砂を固結するステップを含む。実施の形態によっては、対象としての砂区域は、固結化領域の少なくとも一部を含む。実施の形態によっては、固結化領域は、対象としての砂区域の少なくとも一部を含む。
【００２４】
ステップ１０８で、固結された領域の浸透性が高まる。実施の形態によっては、固結化領域の浸透性を高めるステップは、有機溶媒を地下層に提供するステップと、固結化領域を有機溶媒に接触させるステップとを含む。有機溶媒を地下層に提供するステップは、典型的には、有機溶媒を地下層へ注入するステップを含む。固結化領域の固結材料がマルテンを含む場合、固結化領域を有機溶媒に接触させるステップは、固結化領域内のマルテンの少なくともいくらかを有機溶媒に溶解させるステップを含む。好適な有機溶媒として、ペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベンゼン、キシレン、トルエン、イソプロピルベンゼン、デカリン、テトラリン、メチルナフタレン、及びこれら化合物の混合物が挙げられる。実施の形態によっては、有機溶媒はペンタンを含む。特定の実施の形態では、有機溶媒がペンタンから成る、又は、実質的にペンタンから成る。実施の形態によっては、有機溶媒がｎ‐ペンタンを含む。特定の実施の形態では、有機溶媒がｎ‐ペンタンから成る、又は、実質的にｎ‐ペンタンから成る。特定の実施の形態では、固結化領域の浸透性を高めるステップは、固結化領域からマルテンを回収するステップを含む。
【００２５】
実施の形態によっては、プロセス１００の工程を組み合わせたり省いたりしてもよい。特定の実施の形態によっては、プロセス１００の工程の順序を変えてもよい。特定の実施の形態において、石油製品の粘度を低くする前に対象としての砂区域を識別するなどの追加の工程をプロセス１００と組み合わせてもよい。
【００２６】
プロセス１００は、固結されたひとまとめの砂（サンドパック）を強く結合するという利点を持っている。さらに、プロセス１００はコスト効果に優れ、地下層を損傷する可能性のある高圧注入をせずに実施される。
【００２７】
図２は、産油領域２０８におけるバッファ２０６間の対象としての砂区域２０４に近接する注入管２０２をともなう地下層２００を示す。固結領域２１０は、図１に関して述べた石油製品により形成された固結材料を用いて固結された砂を含む。 
【００２８】
以上、主題を実施するための特定の実施について説明した。その他の実施も特許請求の範囲に含まれる。
【図１】
2020515745.tif 000005
【図２】
2020515745.tif 000006
【国際調査報告】
2020515745.tif 000007
2020515745.tif 000008
2020515745.tif 000009