固结隔离液以及使用方法

申请号 CN201380067250.0 申请日 2013-12-20 公开(公告)号 CN104995279A 公开(公告)日 2015-10-21
申请人 哈利伯顿能源服务公司; 发明人 J·查特吉; D·C·布伦艾斯; C·L·基斯; J·R·本克利; C·W·罗迪; R·G·摩根; R·L·摩根;
摘要 本 发明 公开了用于 地层 中的隔离液以及方法。实施方案可以包括使用固结隔离液从井筒环置换 钻井液 。
权利要求

1.一种置换置于井筒环中的钻井液的方法,其包括:
设计满足在预定井筒条件下的至少一种性质的隔离液,其中所述性质选自以下组中:
2 2
(i)约25帕斯卡至约250帕斯卡的屈服点,(ii)约70lbf/100ft至约500lbf/100ft 的静态胶凝强度,(iii)约1psi至约2,000psi的压缩屈服极限,以及(iv)约5psi至约
10,000psi的无侧限单轴抗压强度;
使用所述隔离液从所述井筒环置换至少一部分钻井液;以及
使至少一部分所述隔离液在所述井筒中固结,并且其中所述隔离液的所述部分在井筒中固结以满足所述性质。
2.如权利要求1所述的方法,其中所述钻井液包含油基钻井液。
3.如权利要求1所述的方法,其中所述隔离液包含泥窑灰。
4.如权利要求1所述的方法,其中所述隔离液包含石灰窑灰。
5.如权利要求1所述的方法,其中所述隔离液包含以所述隔离液的重量计约1%至约
60%的量的窑灰。
6.如权利要求1所述的方法,其还包括在所述隔离液之后向所述井筒环中引入水泥组合物,其中所述隔离液将所述水泥组合物与所述钻井液隔开。
7.如权利要求1所述的方法,其还包括对井筒环中的隔离液的所述部分进行胶结测井,以测量所述固结隔离液与所述井筒中的管道支线的胶结。
8.如权利要求1所述的方法,其中所述隔离液起泡且密度在约4磅/加仑至约13磅/加仑的范围内。
9.如权利要求1所述的方法,其中所述固结隔离液包含至少一种选自以下的添加剂:
自由水控制添加剂、轻质添加剂、起泡剂、辅助水泥质材料、任何合适尺寸的增重剂、增粘剂、防滤失剂、堵漏材料、过滤控制添加剂、分散剂、消泡剂、腐蚀抑制剂、阻垢剂、地层调节剂、水湿润性表面活性剂及它们的任何组合。
10.如权利要求1所述的方法,其中所述隔离液包含至少一种选自以下的添加剂:窑灰、石膏、飞灰、膨润土、羟乙基纤维素、酸钠、中空微球体、黑沥青、珍珠岩、气体、有机聚合物生物聚合物、乳胶、废胶末、表面活性剂、结晶性化硅、无定形二氧化硅石英粉、热解法二氧化硅、纳米粘土、盐、纤维、水合性粘土、谷壳灰、微细水泥、偏高岭土、沸石、页岩、浮岩、波特兰水泥、与浮石互磨在一起的波特兰水泥、重晶石、炉渣、石灰及它们的任何组合。
11.如权利要求1所述的方法,其中所述隔离液包含至少一种选自以下的水泥质材料:
波特兰水泥、与浮石互磨在一起的波特兰水泥、微细水泥、矿渣、飞灰、谷壳灰、浮岩、石膏及它们的任何组合。
12.如权利要求1所述的方法,其中使所述隔离液的所述部分在井筒中固结,从而具有
2 2
约70lbf/100ft至约500lbf/100ft 的静态胶凝强度和/或约25帕斯卡至约250帕斯卡的屈服点。
13.如权利要求1所述的方法,其中所述隔离液的所述部分在井筒中固结,从而具有约
1psi至约2,000psi的压缩屈服极限。
14.如权利要求1所述的方法,其中所述隔离液的所述部分在井筒中固结,从而具有约
5psi至约10,000psi的无侧限单轴抗压强度。
15.如权利要求1所述的方法,其中所述隔离液的所述部分具有约8小时或更少的零胶凝时间。
16.如权利要求1所述的方法,其中所述隔离液的所述部分在约10分钟至约8小时的
2
时间内固结,发展出约500lbf/100ft或更高的静态胶凝强度。
17.如权利要求1所述的方法,其中所述隔离液固结的部分具有约45分钟或更短的过渡时间。
18.如权利要求1所述的方法,其中所述预定井筒条件包含温度和压
19.一种置换置于井筒环中的钻井液的方法,其包括:
使用固结隔离液从所述井筒环置换至少一部分所述钻井液;以及
使至少一部分所述固结隔离液在井筒环中固结,其中所述固结隔离液的所述部分具有约4小时或更少的零胶凝时间。
20.如权利要求19所述的方法,其中所述固结隔离液包含水泥窑灰。
21.如权利要求19所述的方法,其中所述固结隔离液包含至少一种选自以下的添加剂:窑灰、石膏、飞灰、膨润土、羟乙基纤维素硅酸钠、中空微球体、黑沥青、珍珠岩、气体、有机聚合物、生物聚合物、乳胶、废胶末、表面活性剂、结晶性二氧化硅、无定形二氧化硅、石英粉、热解法二氧化硅、纳米粘土、盐、纤维、水合性粘土、谷壳灰、微细水泥、偏高岭土、沸石、页岩、浮岩、波特兰水泥、与浮石互磨在一起的波特兰水泥、重晶石、炉渣、石灰及它们的任何组合。
22.如权利要求19所述的方法,其还包括向所述井筒环中引入水泥组合物,其中所述固结隔离液将所述水泥组合物与钻井液隔开。
23.如权利要求22所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分在井筒中固结,从而具有比所述水泥组合物的过渡时间更短的过渡时间。
24.如权利要求19所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分具有约45分钟或更短的过渡时间。
25.如权利要求19所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分具有约20分钟或更短的过渡时间。
26.如权利要求19所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分在井筒中固结,从而具有约1psi至约2,000psi的压缩屈服极限。
27.如权利要求19所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分在井筒中固结,从而具有约5psi至约10,000psi的无侧限单轴抗压强度。
28.如权利要求19所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分在约10分钟至约8小
2
时的时间内固结,发展出约500lbf/100ft或更高的静态胶凝强度。
29.如权利要求19所述的方法,其中所述固结隔离液起泡并且密度在约4磅/加仑至约13磅/加仑的范围内。
30.一种置换置于井筒环中的钻井液的方法,其包括:
使用固结隔离液从所述井筒环置换至少一部分所述钻井液;以及
使至少一部分所述固结隔离液在所述井筒环中固结,其中所述固结隔离液的所述部分具有约45分钟或更短的过渡时间。
31.如权利要求30所述的方法,其中所述固结隔离液包含水泥窑灰。
32.如权利要求30所述的方法,其中所述固结隔离液包含至少一种选自以下的添加剂:窑灰、石膏、飞灰、膨润土、羟乙基纤维素、硅酸钠、中空微球体、黑沥青、珍珠岩、气体、有机聚合物、生物聚合物、乳胶、废胶末、表面活性剂、结晶性二氧化硅、无定形二氧化硅、石英粉、热解法二氧化硅、纳米粘土、盐、纤维、水合性粘土、谷壳灰、微细水泥、偏高岭土、沸石、页岩、浮岩、波特兰水泥、与浮石互磨在一起的波特兰水泥、重晶石、炉渣、石灰及它们的任何组合。
33.如权利要求30所述的方法,其还包括向所述井筒环中引入水泥组合物,其中所述固结隔离液将所述水泥组合物与钻井液隔开。
34.如权利要求33所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分的过渡时间比所述水泥组合物的过渡时间更短。
35.如权利要求30所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分的过渡时间为约20分钟或更少。
36.如权利要求30所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分在所述井筒中固结,从而具有约1psi至约2,000psi的压缩屈服极限。
37.如权利要求30所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分在所述井筒中固结,从而具有约5psi至约10,000psi的无侧限单轴抗压强度。
38.如权利要求30所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分在约10分钟至约4小
2
时的时间内固结,发展出约500lbf/100ft或更高的静态胶凝强度。
39.如权利要求30所述的方法,其中所述固结隔离液起泡并且密度在约4磅/加仑至约13磅/加仑的范围内。
40.一种置换置于井筒环中的钻井液的方法,其包括:
向所述井筒环中引入固结隔离液,以从所述井筒环置换至少一部分所述钻井液;以及使至少一部分所述固结隔离液在所述井筒环中固结;
其中所述固结隔离液包含水和至少一种选自以下的添加剂:窑灰、石膏、飞灰、膨润土、羟乙基纤维素、硅酸钠、中空微球体、黑沥青、珍珠岩、气体、有机聚合物、生物聚合物、乳胶、废胶末、表面活性剂、结晶性二氧化硅、无定形二氧化硅、石英粉、热解法二氧化硅、纳米粘土、盐、纤维、水合性粘土、谷壳灰、微细水泥、偏高岭土、沸石、页岩、浮岩、波特兰水泥、与浮石互磨在一起的波特兰水泥、重晶石、炉渣、石灰及它们的任何组合;以及
其中所述固结隔离液的所述部分具有约4小时或更少的零胶凝时间。
41.如权利要求40所述的方法,所述钻井液包含油基钻井液。
42.如权利要求40所述的方法,其中所述固结隔离液包含所述窑灰,且所述窑灰包含水泥窑灰。
43.如权利要求40所述的方法,其中所述固结隔离液包含所述窑灰,且所述窑灰包含石灰窑灰。
44.如权利要求40所述的方法,其中所述固结隔离液包含所述窑灰,且所述窑灰以按所述固结隔离液的重量计约1%至约60%的量存在于所述固结隔离液中。
45.如权利要求40所述的方法,其中所述固结隔离液包含所述飞灰、炉渣、浮岩、石灰和/或重晶石。
46.如权利要求40所述的方法,其还包括在固结隔离液之后向所述井筒环中引入水泥组合物,其中所述固结隔离液将所述水泥组合物与钻井液隔开。
47.如权利要求40所述的方法,其中所述隔离液起泡并且密度在约4磅/加仑至约13磅/加仑的范围内。
48.如权利要求40所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分具有约45分钟或更短的过渡时间。
49.如权利要求40所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分具有约20分钟或更短的过渡时间。
50.一种置换置于井筒环中的钻井液的方法,其包括:
向所述井筒环中引入固结隔离液,以从所述井筒环置换至少一部分的钻井液;
使至少一部分的固结隔离液在所述井筒环中固结;以及
测量所述固结隔离液的所述部分在井筒环中的固结性质。
51.如权利要求50所述的方法,其中所述固结隔离液包含水泥窑灰。
52.如权利要求50所述的方法,其中所述固结隔离液包含石灰窑灰。
53.如权利要求50所述的方法,其中所述固结隔离液包含窑灰,且其中所述窑灰以按所述固结隔离液的重量计约1%至约60%的量存在于所述固结隔离液中。
54.如权利要求50所述的方法,其还包括在固结隔离液之后向所述井筒环中引入水泥组合物,其中所述固结隔离液将所述水泥组合物与油基钻井液隔开。
55.如权利要求50所述的方法,其中所述固结隔离液起泡并且密度在约4磅/加仑至约13磅/加仑的范围内。
56.如权利要求50所述的方法,其中所述固结隔离液的所述部分在地层与安置在所述井筒中的管道支线之间、或者在所述管道支线与安置在井筒中的更大管道之间形成胶结,且其中所述胶结测井测量由所述固结隔离液形成的胶结。
57.如权利要求50所述的方法,其中测量固结性质的步骤包含进行胶结测井。
58.一种评估用于在井筒中隔离钻井液与水泥组合物的隔离液的方法,其包括:
提供所述隔离液;以及
测量所述隔离液的过渡时间。
59.如权利要求58所述的方法,其中所述隔离液的过渡时间在井筒条件下为约45分钟或更少。
60.如权利要求58所述的方法,其中在约40℉至约300℉范围内的温度以及约
2,000psi至约10,000psi范围内的压力下,所述隔离液的过渡时间为约20分钟或更少。
61.如权利要求58所述的方法,其还包括测量所述隔离液的抗压强度。
62.如权利要求58所述的方法,其还包括:提供水泥组合物,测量所述水泥组合物的过渡时间,以及比较所述水泥组合物的过渡时间与所述隔离液的过渡时间。
63.如权利要求62所述的方法,其中所述隔离液的过渡时间比所述水泥组合物的过渡时间更短。
64.一种评估用于在井筒中隔离钻井液与水泥组合物的隔离液的方法,其包括:
提供所述隔离液;以及
测量所述隔离液的零胶凝时间。
65.如权利要求64所述的方法,其中所述隔离液的零胶凝时间在井筒条件下为约4小时或更少。
66.如权利要求64所述的方法,其还包括测量所述隔离液的抗压强度。
67.如权利要求64所述的方法,其还包括:提供水泥组合物,测量所述水泥组合物的零胶凝时间,以及比较所述水泥组合物的零胶凝时间与所述隔离液的零胶凝时间。
68.如权利要求67所述的方法,其中所述隔离液的零胶凝时间比所述水泥组合物的零时间更长。
69.一种在井筒中隔离钻井液与水泥组合物的固结隔离液,其包括:
水;以及
至少一种选自以下的添加剂:窑灰、石膏、飞灰、膨润土、羟乙基纤维素、硅酸钠、中空微球体、黑沥青、珍珠岩、气体、有机聚合物、生物聚合物、乳胶、废胶末、表面活性剂、结晶性二氧化硅、无定形二氧化硅、石英粉、热解法二氧化硅、纳米粘土、盐、纤维、水合性粘土、谷壳灰、微细水泥、偏高岭土、沸石、页岩、浮岩、波特兰水泥、与浮石互磨在一起的波特兰水泥、重晶石、炉渣、石灰及它们的任何组合;以及
其中所述固结隔离液的所述部分具有约4小时或更少的零胶凝时间。
70.如权利要求69所述的固结隔离液,其中所述固结隔离液包含所述窑灰,所述窑灰包含水泥窑灰。
71.如权利要求69所述的固结隔离液,其中所述固结隔离液包含所述窑灰,所述窑灰包含石灰窑灰。
72.如权利要求69所述的固结隔离液,其中所述固结隔离液包含按所述固结隔离液的重量计约1%至约60%的量的所述窑灰。
73.如权利要求69所述的固结隔离液,其中所述固结隔离液起泡并且密度在约4磅/加仑至约13磅/加仑的范围内。

说明书全文

固结隔离液以及使用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于地下操作的隔离液,且更具体地来说,在某些实施方案中,本发明涉及地层中的固结隔离液及其使用方法。

背景技术

[0002] 隔离液通常用于地下操作来促进提高向井筒中引入新流体时的置换效率。举例来说,隔离液可用于在引入另一流体之前置换井筒中的流体。当用于钻井液置换时,隔离液可增强固体去除以及隔离钻井液与物理上不相容的流体。举例来说,在初次的注泥操作中,可将隔离液置于井筒中以隔离水泥组合物与钻井液。隔离液还可以在钻井改变期间置于不同钻井液之间或置于钻井液与盐水完井液之间。隔离液通常不会固结,因为隔离液通常不产生显著胶凝或抗压强度。
[0003] 为了产生效果,隔离液可以具有某些特征。举例来说,隔离液可与置换的流体和水泥组合物相容。这一相容性在井下(downhole)温度和压下也可以存在。在一些情况下,隔离液还需要使井筒中的表面呈水湿性,由此促进与水泥组合物胶结(bonding)。隔离液的流变学性质也可以是重要的。若干个不同流变性能在隔离液的设计中可以是重要的,尤其包括屈服点、塑性粘度、胶凝强度以及剪切应力。尽管流变学行为在隔离液设计中可以是重要的,但传统隔离液在井下温度下可能不具有所需要的流变学性质。举例来说,传统隔离液在升高的温度下可能会发生不希望的热薄化(thermal thinning)现象。因此,传统隔离液在一些情况下不能提供所希望的置换。

发明内容

[0004] 本发明涉及用于地下操作的隔离液,更具体地来说,在某些实施方案中,本发明涉及地层中的固结隔离液和使用方法。
[0005] 一个实施方案可以包括置换置于井筒环(well bore)中的钻井液,其包括:设计隔离液以满足预定井筒条件下的至少一种性质,其中所述性质是选自:(i)约25帕斯卡至2 2
约250帕斯卡的屈服点,(ii)约70lbf/100ft至约500lbf/100ft 的静态胶凝强度,(iii)约1psi至约2,000psi的压缩屈服极限,以及(iv)约5psi至约10,000psi的无侧限单轴抗压强度(unconfined uniaxial compressive strength);使用所述隔离液从井筒环置换至少一部分钻井液;以及使至少一部分隔离液在井筒中固结,且其中所述隔离液的所述部分在井筒中固结以满足所述性质。
[0006] 另一个实施方案可以包括置换置于井筒环中的钻井液的方法,其包括:使用固结隔离液从井筒环置换至少一部分钻井液;以及使至少一部分固结隔离液在井筒环中固结,其中所述固结隔离液的所述部分具有约4小时或更少的零胶凝时间(gel time)。
[0007] 另一个实施方案可以包括置换置于井筒环中的钻井液的方法,其包括:使用固结隔离液从井筒环置换至少一部分钻井液;以及使至少一部分固结隔离液在井筒环中固结,其中所述固结隔离液的所述部分具有约45分钟或更短的过渡时间(transition time)。
[0008] 另一个实施方案可以包括置换置于井筒环中的钻井液的方法,其包括:向井筒环中引入固结隔离液以从井筒环置换至少一部分钻井液;以及使至少一部分固结隔离液在井筒环中固结;其中固结隔离液包含水以及至少一种选自以下的添加剂:窑灰、石膏、飞灰、膨润土、羟乙基纤维素、酸钠、中空微球体、黑沥青、珍珠岩、气体、有机聚合物生物聚合物、乳胶、废胶末(ground rubber)、表面活性剂、结晶性化硅、无定形二氧化硅石英粉、热解法二氧化硅、纳米粘土、盐、纤维、水合性粘土、谷壳灰、微细水泥、偏高岭土、沸石、页岩、浮岩、波特兰水泥、与浮石互磨在一起的波特兰水泥、重晶石、炉渣、石灰及它们的任何组合;且其中所述固结隔离液的所述部分具有约8小时或更少的零胶凝时间。
[0009] 另一个实施方案可以包括置换置于井筒环中的钻井液的方法,其包括:向井筒环中引入固结隔离液以从井筒环置换至少一部分钻井液;使至少一部分固结隔离液在井筒环中固结;以及测量所述固结隔离液的所述部分在井筒环中的固结性质。
[0010] 方法的另一个实施方案可以包括评估用于隔离井筒中的钻井液与水泥组合物的隔离液的方法,其包括:提供隔离液;以及测量隔离液的过渡时间。
[0011] 另一个实施方案可以包括评估用于隔离井筒中的钻井液与水泥组合物的隔离液的方法,其包括:提供隔离液;以及测量隔离液的零胶凝时间。
[0012] 另一个实施方案可以包括隔离井筒中的钻井液与水泥组合物的固结隔离液,包括:水;以及至少一种选自以下的添加剂:窑灰、石膏、飞灰、膨润土、羟乙基纤维素硅酸钠、中空微球体、黑沥青、珍珠岩、气体、有机聚合物、生物聚合物、乳胶、废胶末、表面活性剂、结晶性二氧化硅、无定形二氧化硅、石英粉、热解法二氧化硅、纳米粘土、盐、纤维、水合性粘土、谷壳灰、微细水泥、偏高岭土、沸石、页岩、浮岩、波特兰水泥、与浮石互磨在一起的波特兰水泥、重晶石、炉渣、石灰及它们的任何组合;且其中所述固结隔离液的所述部分具有约4小时或更少的零胶凝时间。
[0013] 本领域技术人员可容易地知晓本发明的特征和优点。尽管本领域技术人员可做出众多的变化,但这类变化应在本发明的精神范畴内。附图说明
[0014] 这些附图举例说明了本发明的一些实施方案的某些方面,其不应被用于限制或限定本发明。
[0015] 图1所示为示例性固结隔离液在各个温度和压力读数下测得的静态胶凝强度值随时间变化的图。
[0016] 图2所示为示例性固结隔离液在各个温度和压力读数下测得的静态胶凝强度值随时间变化的图。
[0017] 优选实施方式
[0018] 本发明涉及用于地下操作的隔离液,并且更具体地来说,在某些实施方案中,涉及包含水泥窑灰(“CKD”)的隔离液以及使用CKD改进隔离液的一种或多种流变性能的方法。根据本发明的实施方案,所述隔离液可提高井筒清除效率以及井筒流体移去率。隔离液的实施方案可以起泡。隔离液的实施方案可以固结。举例来说,隔离液当留在井筒中时可发展出胶凝强度和/或抗压强度。
[0019] 本发明的方法和组合物可能存在若干潜在的优点,本申请中可能仅提到其中一些。本发明的方法和组合物的许多潜在优点中的一个为CKD可作为流变调节剂用于隔离液中,从而使得能够配制具有所要流变性能的隔离液。本发明的方法和组合物的另一潜在优点为在隔离液中包括CKD可导致隔离液不具有不希望的热薄化。本发明的另一潜在优点为包含CKD的隔离液可以比传统隔离液更经济,传统隔离液通常使用较高成本的添加剂制备。本发明的另一潜在优点为包含CKD的起泡的隔离液可用于置换轻质钻井液。还有另一潜在优点为固结隔离液可具有能向井筒操作提供额外益处的额外物理特征。举例来说,固结隔离液可在井筒环中发展出胶凝和/或抗压强度。因此,留在井筒中的固结隔离液可用于提供基本上不可渗透的屏障以封闭地层流体和气体,因此用于减少潜在的流体迁移。井筒环中的固结隔离液还可以保护管道支线(pipe string)或其它管路不发生腐蚀。固结隔离液还可以用于防止由随后引入的水泥组合物形成的水泥护层的腐蚀。
[0020] 本发明的隔离液的实施方案可以包含水和CKD。在一些实施方案中,隔离液留在井筒中时可固结。举例来说,隔离液可以通过CKD在水中反应而凝固(set)并硬化。在一些实施方案中,隔离液可起泡。举例来说,起泡的隔离液可包含水、CKD、起泡剂和气体。起泡的隔离液可例如用于需要轻质隔离液的情况中。根据本实施方案,所述隔离液可用于用屈服点比第一流体高的隔离液从井筒置换第一流体。举例来说,隔离液可用于从井筒置换至少一部分钻井液。隔离液的实施方案中也可以根据具体应用的需要包括其它任选的添加剂。举例来说,隔离液可另外包含增粘剂、有机聚合物、分散剂、表面活性剂、增重剂及它们的任何组合。
[0021] 因为本公开的利益,隔离液一般应如本领域普通技术人员所期望的具有适于具体应用的密度。在一些实施方案中,隔离液可具有约4磅/加仑(“ppg”)至约24ppg的密度。在其它实施方案中,隔离液可具有约4ppg至约17ppg的密度。在还其它实施方案中,隔离液可具有约8ppg至约13ppg的密度。隔离液的实施方案可以起泡或不起泡,或者包含本领域中已知的其它降低其密度的方式,例如轻质添加剂。出于本公开的利益,本领域普通技术人员可以认识到具体应用中的合适密度。
[0022] 隔离液的实施方案中所用的水可以包括例如淡水、咸水(例如里面溶解有一种或多种盐的水)、卤水(例如自地层产生的饱和咸水)、海水或其任何组合。一般来说,水可来自任何来源,只要水不含过量的可能会不良地影响隔离液中其它组分的化合物。纳入的水的量应足以形成可送的隔离液。在一些实施方案中,隔离液中可以包括按隔离液的重量计约15%至约95%的量的水。在其它实施方案中,本发明的隔离液中可以包括按隔离液的重量计约25%至约85%的量的水。出于本公开的利益,本领域普通技术人员可以认识到所选应用中要包括的合适水量。
[0023] CKD可作为流变性调节剂包括于隔离液的实施方案中。另外,本发明的实施方案中使用CKD可提供具有适于特殊应用的流变性的隔离液。所要流变性可有利于提供例如对钻井液置换有效的隔离液。在一些情况下,CKD可用于提供具有低的热薄化程度的隔离液。举例来说,所述隔离液甚至可具有在升温(例如井下遭遇的)下提高的屈服点。
[0024] CKD为水泥制造期间产生的材料,通常称为水泥窑灰。本文使用术语“CKD”来意指如本文所述的水泥窑灰及用其它方式制成的水泥窑灰的等效形式。术语“CKD”通常指的是部分锻烧的窑进料(feed),其可以从气流中移去,并且例如在水泥制造期间收集于集尘器中。一般来说,水泥制造中会收集到大量CKD,而其通常作为废料而被处置。废料CKD的处置会增加水泥制造的非所希望的成本以及与其处置有关的环境问题。因为CKD通常作为废弃物质处置,所以用CKD制备的隔离液可以比传统隔离液更经济,因为所述传统隔离液通常使用较高成本的添加剂制备。对各种水泥制品的CKD进行的化学分析视多种因素而变化,包括具体窑进料、水泥制造操作的效率以及相关集尘系统。CKD一般可包含多种氧化物,例如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、Na2O以及K2O。
[0025] CKD可以足以提供例如所要流变性能的量包括于隔离液中。在一些实施方案中,CKD可按隔离液的重量计以约1%至约65%的量(例如约1%、约5%、约10%、约15%、约20%、约25%、约30%、约35%、约40%、约45%、约50%、约55%、约60%、约65%等)存在于隔离液中。在一些实施方案中,CKD可按隔离液的重量计以约5%至约60%的量存在于隔离液中。在一些实施方案中,CKD可按隔离液的重量计以约20%至约35%的量存在。
或者,CKD的量可按干固体重量表示。如本申请中所用术语“按干固体重量计”指的是相对于制备隔离液时所用全部干固体的量的组分(例如CKD)的量。举例来说,CKD可按干固体重量计以约1%至100%的量(例如约1%、约5%、约10%、约20%、约30%、约40%、约
50%、约60%、约70%、约80%、约90%、100%等)存在。在一些实施方案中,CKD可按干固体重量计约50%至100%、或者约80%至100%的量存在。出于本公开的利益,本领域普通技术人员可以认识到所选应用可包括的CKD的合适量。
[0026] 尽管先前说明描述了CKD,但本发明足够广泛以涵盖其它部分锻烧的窑进料的使用。举例来说,隔离液的实施方案可以包括石灰窑粉,其为石灰制造期间产生的材料。术语石灰窑粉通常指的是部分锻烧的窑进料,其可以从气流移去并且例如在石灰制造期间收集于集尘器中。各个石灰厂商的石灰窑粉的化学分析视多种因素而变化,包括具体的石灰石或白石质灰岩进料、窑的类型、窑的操作方式、石灰制造操作的效率以及相关的集尘系统。石灰窑粉一般可包含不同量的游离石灰和游离镁、石灰石和/或白云石质灰岩及多种氧化物,例如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、Na2O以及K2O,和其它组分,例如氯化物。
[0027] 任选地,隔离液的实施方案可另外包含飞灰。多种飞灰都合适,包括根据American Petroleum Institute,API Specification for Materials and Testing for Well Cements,API Specification 10,第5版,1990年7月1日分类为C类或F类飞灰的飞灰。飞灰的适合实例包括但不限于 A水泥添加剂,其由Halliburton Energy Services,Inc.,Duncan,Oklahoma出售。如果使用,那么飞灰一般可以具体应用所需的量包括于隔离液中。在一些实施方案中,飞灰可按隔离液的重量计以约1%至约60%的量(例如约5%、约10%、约15%、约20%、约25%、约30%、约35%、约40%、约45%、约50%、约55%等)存在于隔离液中。在一些实施方案中,飞灰可按隔离液的重量计以约1%至约35%的量存在于隔离液中。在一些实施方案中,飞灰可按隔离液的重量计以约1%至约10%的量存在于隔离液中。或者,飞灰的量可按干固体重量表示。举例来说,飞灰可按干固体重量计以约1%至约99%的量(例如约1%、约5%、约10%、约20%、约30%、约40%、约50%、约60%、约70%、约80%、约90%、约99%等)存在。在一些实施方案中,飞灰可按干固体重量计以约1%至约20%以及或者约1%至约10%的量存在。出于本公开的利益,本领域普通技术人员可以认识到所选应用包括的飞灰的合适量。
[0028] 任选地,隔离液的实施方案可另外包含重晶石。在一些实施方案中,重晶石可以是按尺寸分级(sized)的重晶石。按尺寸分级的重晶石一般指的是重晶石已经分离、筛分、研磨或按尺寸分级以产生具有所要粒径的重晶石。举例来说,重晶石可按尺寸分级,以产生粒径小于约200微米尺寸的重晶石。如果使用,那么重晶石一般可以具体应用所需的量包括于隔离液中。在一些实施方案中,重晶石可按固结隔离液的重量计以约1%至约60%的量(例如约5%、约10%、约15%、约20%、约25%、约30%、约35%、约40%、约45%、约50%、约55%等)存在于隔离液中。在一些实施方案中,重晶石可按隔离液的重量计以约1%至约35%的量存在于隔离液中。在一些实施方案中,重晶石可按隔离液的重量计以约1%至约10%的量存在于隔离液中。或者,重晶石的量可按干固体重量表示。举例来说,重晶石可按干固体重量计以约1%至约99%的量(例如约1%、约5%、约10%、约20%、约30%、约40%、约50%、约60%、约70%、约80%、约90%、约99%等)存在。在一些实施方案中,重晶石可按干固体重量计以约1%至约20%以及或者约1%至约10%的量存在。出于本公开的利益,本领域普通技术人员可以认识到所选应用包括的重晶石的合适量。
[0029] 任选地,隔离液的实施方案可另外包含浮岩。如果使用,那么浮岩一般可以具体应用所需的量包括于隔离液中。在一些实施方案中,浮岩可按隔离液的重量计以约1%至约60%的量(例如约5%、约10%、约15%、约20%、约25%、约30%、约35%、约40%、约45%、约50%、约55%等)存在于隔离液中。在一些实施方案中,浮岩可按隔离液的重量计以约1%至约35%的量存在于隔离液中。在一些实施方案中,浮岩可按隔离液的重量计以约1%至约10%的量存在于隔离液中。或者,浮岩的量可按干固体重量表示。举例来说,浮岩可按干固体重量计以约1%至约99%的量(例如约1%、约5%、约10%、约20%、约30%、约40%、约50%、约60%、约70%、约80%、约90%、约99%等)存在。在一些实施方案中,浮岩可按干固体重量计以约1%至约20%以及或者约1%至约10%的量存在。出于本公开的利益,本领域普通技术人员可以认识到所选应用包括的浮岩的合适量。
[0030] 任选地,隔离液的实施方案可另外包含自由水控制添加剂。如本申请中所用,术语“自由水控制添加剂”指的是液体中所包括的尤其减少(或防止)液体中自由水的存在的添加剂。自由水控制添加剂还可以减少(或防止)固体的沉降。适合的自由水控制添加剂的实例包括但不限于膨润土、无定形二氧化硅、羟乙基纤维素以及其组合。适合自由水控制添TM加剂的实例为SA-1015 悬浮剂,可购自Halliburton Energy Services,Inc.。适合的自由TM
水控制添加剂的另一实例为WG-17 固体添加剂,可购自Halliburton Energy Services,Inc.。在一些实施方案中,自由水控制添加剂可以干固体形式提供。如果使用,那么自由水控制添加剂可按干固体重量计例如以约0.1%至约16%的量存在。在替代的实施方案中,自由水控制添加剂可按干固体重量计以约0.1%至约2%的量存在。
[0031] 在一些实施方案中,隔离液可另外包含轻质添加剂。可以包括轻质添加剂来降低隔离液的实施方案的密度。举例来说,所述轻质添加剂可用于形成轻质隔离液,所述轻质隔离液例如具有小于约13ppg的密度。轻质添加剂通常可具有小于约2.0的比重。适合轻质添加剂的实例可以包括硅酸钠、中空微球体、黑沥青、珍珠岩以及其组合。适宜的硅酸钠的TM实例为ECONOLITE 添加剂,可购自Halliburton Energy Services,Inc.。如果使用,那么轻质添加剂可按干固体重量计例如以约0.1%至约20%的量存在。在替代实施方案中,轻质添加剂可按干固体重量计以约1%至约10%的量存在。
[0032] 如前文所述,隔离液的实施方案可以用气体起泡,例如提供密度降低的隔离液。应理解,隔离液的实施方案可能需要降低的密度来与具体钻井液的密度更近似匹配,例如使用轻质钻井液的情况。如果钻井液的密度小于约13ppg或者小于约10ppg或者小于约9ppg,那么该钻井液可被认为是轻质的。在一些实施方案中,隔离液可起泡以具有在约10%钻井液密度内或约5%钻井液密度内的密度。尽管可使用例如轻质添加剂的技术来降低包含CKD的隔离液的密度而不起泡,但这些技术可能具有缺陷。举例来说,使用轻质添加剂使隔离液的密度降低到低于约13ppg可能产生不稳定的浆料,其尤其可具有固体沉降、轻质添加剂漂浮以及自由水的问题。因此,隔离液可起泡以提供更稳定的密度降低的隔离液。
[0033] 因此,在一些实施方案中,隔离液可起泡,且包含水、CKD、起泡剂和气体。任选地,为了提供具有较低密度以及更稳定泡沫的隔离液,起泡的隔离液可另外包含例如轻质添加剂。使用轻质添加剂可制备基础浆料,其随后可起泡以提供均匀的较低密度。在一些实施方案中,起泡的隔离液可具有约4ppg至约13ppg或者约7ppg至约9ppg的密度。在一个具体实施方案中,基础浆料可从约9ppg至约13ppg的密度起泡达到较低密度(例如约7ppg至约9ppg范围内)。
[0034] 起泡的隔离液的实施方案中所用气体可以是任何适于使隔离液起泡的气体,包括但不限于空气、氮气以及其组合。一般来说,气体应以足以形成所要泡沫的量存在于起泡的隔离液的实施方案中。在某些实施方案中,气体可按大气压力下起泡的隔离液的约5体积%至约80体积%,或者约5体积%至约55体积%,或者约15体积%至约30体积%的量存在。
[0035] 如果起泡,那么隔离液的实施方案可以包括起泡剂来提供适合的沫。如本申请中所用术语“起泡剂”指的是促进在液体中形成泡沫的材料或材料组合。隔离液的实施方案中可使用用于在水性液体中形成泡沫的任何适合的起泡剂。适合起泡剂的实例可以包括但不限于烷基醚硫酸盐的铵盐、椰油酰胺基丙基甜菜表面活性剂、氧化椰油酰胺基丙基二甲胺表面活性剂、氯化钠、及水的混合物;烷基醚硫酸根表面活性剂的铵盐、椰油酰胺基丙基羟基磺基甜菜碱表面活性剂、氧化椰油酰胺基丙基二甲胺表面活性剂、氯化钠、及水的混合物;水解蛋白;乙氧基化醇醚硫酸盐表面活性剂、烷基或烯酰胺基丙基甜菜碱表面活性剂与烷基或烯烃二甲胺氧化物表面活性剂的混合物;α-烯属的磺酸盐表面活性剂TM与甜菜碱表面活性剂的水溶液;以及它们的组合。适合起泡剂的实例为FOAMER 760起泡剂/稳定剂,可购自Halliburton Energy Services,Inc.。适宜的起泡剂描述于美国专利No.6,797,054、6,547,871、6,367,550、6,063,738以及5,897,699中,所述专利的全部公开内容以引用的方式并入本文中。
[0036] 一般来说,起泡剂可以足以提供适合泡沫的量存在于起泡的隔离液的实施方案中。在一些实施方案中,起泡剂可按水的体积计以约0.8%至约5%(“bvow”)的量存在。
[0037] 出于本公开的利益,所属领域技术人员在认为合适时可以在隔离液中包括多种其它的添加剂。这类添加剂的实例包括但不限于辅助水泥质材料、增重剂、增粘剂(例如粘土、水合性聚合物、瓜尔胶)、防滤失添加剂、堵漏材料、过滤控制添加剂、分散剂、消泡剂、腐蚀抑制剂、阻垢剂、地层调节剂以及水湿润性表面活性剂。水湿润性表面活性剂可用于帮助从井筒中的表面(例如井框支架(casing))除去油以提高水泥和固结隔离液的胶结。适合的增重剂的实例包括例如比重为3或更大的材料,例如重晶石。这些和其它添加剂的特定实例包括:有机聚合物、生物聚合物、乳胶、废胶末(ground rubber)、表面活性剂、结晶性二氧化硅、无定形二氧化硅、石英粉、热解法二氧化硅、纳米粘土(例如至少一个维度小于100nm的粘土)、盐、纤维、水合性粘土、微球体、谷壳灰、微细水泥(例如平均粒径为约5微米至约10微米的水泥)、偏高岭土、沸石、页岩、波特兰水泥、与浮石互磨在一起的波特兰水泥、珍珠岩、重晶石、炉渣、石灰(例如熟石灰)、石膏、及它们的任何组合等。在一些实施方案中,除了全部或部分CKD外,隔离液中可包括辅助水泥质材料或置换全部或部分CKD。适宜的辅助水泥质材料的实例包括但不限于波特兰水泥、与浮石互磨在一起的波特兰水泥、微细水泥、飞灰、炉渣、浮岩、石膏及它们的任何组合。出于本公开的利益,本领域普通技术人员可能容易地确定适用于具体应用和所要结果的添加剂的类型和量。
[0038] 如上文所述,隔离液的实施方案可固结,因为隔离液在井筒中可产生胶凝强度和/或抗压强度。固结在本文中定义为三种类型的材料行为中的一种:1型固结可认为是胶凝化流体,其在水力剪切力超过凝胶的屈服点(YP)时可移动和/或泵送。2型固结可认为是在剪切应力压缩应力拉伸应力超过“塑性屈服极限”时可发生“塑性变形”的塑性半固体。3型固结可认为是与常规硬化水泥类似的刚性固体。在有侧限和无侧限的传统压缩测试期间的稳定渐进应变速率期间,3型固结材料可表现出线性弹性胡克型应力-应变行为,随后是一些塑性屈服和/或机械失效。此新颖的固结隔离液可从正常置换操作期间放置的可泵送流体转化成1型和/或进一步进展成2型和/或进一步进展成3型固结材料。应理解隔离液的固结是在井筒条件下的,并且如本领域普通技术人员可以理解的,井筒条件可变化。
然而,隔离液的实施方案可以以在特定井筒条件下展现出1型、2型、3型固结作为其特征。
[0039] 表征1型固结的特定实例包括测量屈服应力。1型固结展现约25帕斯卡至约250帕斯卡的YP,其中YP通过美国专利No.6,874,353中所述的方法来测量,即:使用转子轴上的一系列平行垂直叶片,本领域技术人员称为“叶轮法”;或使用也是美国专利No.6,874,353中描述的新装置和方法。用于定义1型固结的YP的另一方法定义于Morgan,R.G.,Suter,D.A.和Sweat,V.A.的Mathematical Analysis of a Simple Back Extrusion Rheometer,ASAE研究报告第79-6001号中。另外,本领域技术人员通常已知的其它方法也可用于定义1型固结隔离液的YP。或者,表征1型固结的另一方法包括测量材料的胶凝强度,其可根据API关于Determining the Static Gel Strength of Cement Formations而推荐的作法,即ANSI/API推荐的10B-6所定义和测量来定义的“静态胶凝强度”(SGS)。1
2 2
型固结可表现出约70lbf/100ft至约500lbf/100ft 的SGS值。
[0040] 表征2型固结的特定实例包括测量压缩屈服极限(YL-C)。YL-C仅仅是材料发生永久变形时的单轴压缩应力。永久变形指的是经与进行测量所需的总时间相同数量级的时间段不会归零的可测量的变形应变。YL-C可在1psi(磅/平方英寸)到2,000psi的范围内,最常见值在5psi到500psi的范围内。
[0041] 表征3型固结的特定实例包括测量抗压强度。3型固结可以展示约5psi至约10,000psi的无侧限单轴抗压强度,最常见值在约10psi至约2,500psi的范围内。这些值在7天或7天内达到。一些配制物可经设计以在24小时到48小时提供显著的抗压强度。
供测量的典型样品几何形状和尺寸类似但不限于用于表征油井水泥的那些:2英寸立方体;或长度为4英寸的2英寸直径圆柱;或长度为2英寸的1英寸直径圆柱;以及本领域技术人员已知的测量油井水泥的“机械性质”的其它方法。举例来说,可以通过在压制测试机中压碎样品来测定抗压强度。抗压强度从破坏载荷除以抵抗载荷的横截面积计算,并且以每平方英寸磅力(psi)为单位报告。可以根据API RP 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements,2005年7月的第一版来测定抗压强度。
[0042] 作为固结的特定实例,当留在井筒环中时(例如地层与安置在地层中的管道支线之间或管道支线与安置在地层中的更大管道之间),隔离液可固结以发展出静态胶凝强度和/或抗压强度。井筒环中形成的固结体可用于在井筒中支撑定位管道支线,并且将管道支线的外表面胶结到井筒壁或更大的管道。井筒环中形成的固结体也可以提供基本上不可渗透的屏障以封闭地层流体和气体,并因此也用于减少潜在的流体迁移。井筒环中形成的固结体还可以保护管道支线或其它管路不发生腐蚀。
[0043] 本发明的隔离液的实施方案可具有比随后引入到井筒中的水泥组合物的过渡时2
间更短的过渡时间。本申请中所用术语“过渡时间”指的是流体从约100lbf/100ft的静态
2
胶凝强度进展至约500lbf/100ft的静态胶凝强度的时间。通过具有较短的过渡时间,固结隔离液可降低或甚至防止气体在井筒中迁移,即使气体在随后引入的水泥组合物产生足够
2
胶凝强度以防止此类迁移之前会通过水泥组合物迁移。在500lbf/100ft静态胶凝强度下通常可防止气体和液体迁移。通过减少会迁移通过井筒的气体的量,随后添加的水泥组合物可以在其较慢的过渡期在无气体迁移的情况下进展,这是与水泥产生静态胶凝强度一样重要的因素。固结隔离液的一些实施方案在井筒条件下可具有约45分钟或更少、约30分钟
2
或更少、约20分钟或更少、或约10分钟或更短的过渡时间(即从约100lbf/100ft的静态
2
胶凝强度进展至约500lbf/100ft的静态胶凝强度的时间)。固结隔离液的实施方案在井筒
2 2
条件下也快速产生分别为约100lbf/100ft和约500lbf/100ft 的静态胶凝强度。流体产生
2
约100lbf/100ft的静态胶凝强度的时间也称为“零胶凝时间”。举例来说,固结隔离液在井筒条件下可具有约8小时或更少,或者约4小时或更少的零胶凝时间。在一些实施方案中,固结隔离液可具有约0分钟至约4小时或更长范围内的零胶凝时间。另外举例来说,固结隔
2
离液可在井筒条件下在约10分钟至约8小时或更长的时间内产生出约500lbf/100ft或更高的静态胶凝强度。发展出静态胶凝强度之前的时间被列为处于井筒条件下。本领域普通技术人员可理解具体井筒条件(例如温度、压力、深度等)是会变化的;然而,隔离体的实施方案应满足井筒条件下的这些特定要求。静态胶凝强度可根据API关于Determining the Static Gel Strength of Cement Formations推荐的作法,即ANSI/API推荐作法10B-6测量。
[0044] 本发明的隔离液的实施方案可根据任何适宜的技术制备。在一些实施方案中,可向混合器(例如水泥掺合器)中引入所要量的水,随后进行干式掺合。干式掺合物可包含例如CKD和额外的固体添加剂。如果存在额外的液体添加剂,那么可在与干式掺合物组合之前或之后根据需要添加到水中。可将这一混合物搅拌足够时间段形成基础浆料。此基础浆料可接下来例如通过泵引入到井筒中。在起泡的实施方案中,基础浆料可泵送到井筒中,可将起泡剂计量加入基础浆料中,随后在泡沫混合“T”下注射足以使基础浆料起泡的量的气体,从而形成根据本发明的此实施方案的起泡的隔离液。起泡后,可将起泡的隔离液引入到井筒中。如本领域普通技术人员可以理解的,出于本公开的利益,可根据本发明的实施方案使用用于制备隔离液的其它适合技术。
[0045] 本发明的实例方法包括评估隔离液的方法。所述实例方法可包括提供隔离液用于隔离井筒中的钻井液和水泥组合物。接下来可测量隔离液的性质以确定例如具体流体的固结效率。在一些实施方案中,可测量隔离液的过渡时间和/或零胶凝时间。如上文所述,过2 2
渡时间为流体从约100lbf/100ft的静态胶凝强度进展至约500lbf/100ft 的静态胶凝强
2
度的时间,零胶凝时间为流体产生约100lbf/100ft的静态胶凝强度的时间。静态胶凝强度可根据API关于Determining the Static Gel Strength of Cement Formations推荐的作法,即ANSI/API推荐作法10B-6测量。在一些实施方案中,可测量抗压强度,其可以是无侧限单轴抗压强度。上文更详细描述了对抗压强度测试进行测试的技术。这些测量可以在例如模拟井筒条件的条件范围内进行。在一些实施方案中,可在约40°F至约300°F的温度和约2,000psi至约10,000psi的压力下测量所述过渡时间。可例如在大气条件下在已使隔离液在约40°F到300°F的温度下在水浴中凝固约24小时至约7天的时间后测定抗压强度。在一些实施方案中,可对一组样品隔离液进行在先评价,其中实施方案另外包含基于所测性质从所述组选择一个样品隔离液。实施方案可另外包含基于选择的隔离液制备隔离液,并且使用所制备的隔离液从井筒环置换钻井液。
[0046] 本发明的实例方法包括提高隔离液的流变性能的方法。所述方法可包括在隔离液中加入CKD。隔离液中可以包括足以提供比第一流体高的屈服点的量的CKD。更高的屈服点可能是需要的,例如用来从井筒有效置换第一流体。如本申请中所用术语“屈服点”指的是流体对初始流动的抗性,或表示开始流体运动所需的应力。在一个实施方案中,隔离液2
在高达约180°F的温度下的屈服点大于约5lb/100ft。在一个实施方案中,隔离液在高
2
达约180°F的温度下的屈服点大于约10lb/100ft。在一个实施方案中,隔离液在高达约
2
180°F的温度下的屈服点大于约20lb/200ft。可能需要隔离液在升高的温度下不会热薄化到低于第一流体的屈服点。因此,在例如180°F或井底静态温度(“BHST”)的升温下,隔离液可具有高于第一流体的屈服点。在一个实施方案中,隔离液的屈服点在升温下可能升高。举例来说,隔离液的屈服点在180°F下比在80°F下更高。另外举例来说,隔离液的屈服点在BHST下比在80°F下的高。
[0047] 本发明的另一实例方法包括从井筒置换第一流体的方法,所述井筒贯穿地层。所述方法可包括提供包含CKD和水的隔离液。所述方法可进一步包含向井筒中引入隔离液以从井筒置换至少一部分第一流体。在一些实施方案中,隔离液可从井筒环、例如管道支线与地层之间的环或管道支线与更大管道之间的环来置换第一流体。在一些实施方案中,隔离液可以在80°F下的屈服点比第一流体的高作为其特征。在一些实施方案中,隔离液可以在130°F下的屈服点比第一流体的高作为其特征。在一些实施方案中,隔离液可以在180°F下的屈服点比第一流体的高作为其特征。
[0048] 在一个实施方案中,被隔离液置换的第一流体包含钻井液。举例来说,所述隔离液可用于从井筒置换钻井液。除了从井筒置换钻井液之外,隔离液还可以从井筒壁除去钻井液。钻井液可以包括例如任意若干种流体,例如固体悬浮体、混合物和乳液。在一些实施方案中,钻井液可包含油基钻井液。适宜的油基钻井液的实例包含反相乳液。在一些实施方案中,油基钻井液可包含油质流体。可以包括在油基钻井液中的适合油质流体的实例包括但不限于α-烯烃、内烯烃、烷烃、芳族溶剂、环烷烃、液化石油气、油、柴油、原油、气油、燃料油、石蜡油、矿物油、低毒性矿物油、烯烃、酯、酰胺、合成油(例如聚烯烃)、聚二有机硅氧烷、硅氧烷、有机硅氧烷、醚、缩酸二烷基酯、烃以及其组合。所述方法的实施方案中的额外步骤可包括向井筒中引入管道支线,在用隔离液隔开水泥组合物和第一流体的情况下向井筒中引入水泥组合物。在一个实施方案中,可使水泥组合物在井筒中凝固。水泥组合物可以包括例如水泥和水。
[0049] 本发明的另一实例方法包括隔开井筒中的流体的方法,所述井筒贯穿地层。所述方法可包括向井筒中引入隔离液,井筒中安置有第一流体。隔离液可包含例如CKD和水。所述方法可另外包括在用隔离液隔开第一流体与第二流体的情况下向井筒中引入第二流体。在一个实施方案中,第一流体包含钻井液且第二流体包含水泥组合物。举例来说,隔离液可防止水泥组合物与钻井液接触。水泥组合物可根据具体应用的需要起泡或不起泡。在一个实施方案中,水泥组合物包含水泥窑灰、水以及任选地水凝性水泥质材料。根据本发明可利用多种水凝性水泥,包括但不限于包含、硅、氧气、和/或硫的那些,其通过与水反应而凝固和硬化。适合的水凝性水泥包括但不限于波特兰水泥、火山灰水泥、石膏水泥、高铝含量水泥、矿渣水泥、硅石水泥以及其组合。在某些实施方案中,水凝性水泥可包含波特兰水泥。在一些实施方案中,适用于本发明的波特兰水泥是根据American Petroleum Institute,API Specification for Materials and Testing for Well Cements,API Specification 10,第五版,1990年7月1日分为A类、C类、H类和G类水泥。隔离液也可以在水泥组合物之前从井筒除去钻井液、脱水/胶凝化钻井液和/或滤饼固体。隔离液的实施方案可提高从井筒移除这些和其它组合物的效率。从井筒移去这些组合物可提高水泥组合物与井筒中的表面的胶结。在另一实施方案中,至少一部分用过的和/或未用过的含CKD的隔离液被纳入置于井中的水泥组合物中,并使其凝固。
[0050] 在一些实施方案中,至少一部分隔离液可留在井筒中,使得隔离液在井筒中固结。在一些实施方案中,隔离液可固结形成刚性固体的环形护套。环形护套可使管道支线的外表面胶结到井筒壁或更大的管道。本发明的实例方法可另外包括测量隔离液的固结。所述测量也可以包括测量固结的隔离液与管道支线外壁之间和/或固结的隔离液与地层或安置于井筒中的更大管道之间形成的胶结的完整性。在一些实施方案中,可以收集与这一胶结的完整性对应的数据,且所述数据可记录在通常称为“胶结测井(bond log)”的测井上。
胶结测井可用于例如分析隔离液在井筒中的固结性质。因此,实施方案可以包括至少对含有固结隔离液的井筒的部分运行水泥胶结测井。可以无限制地通过用于测量水泥完整性的任何方法获得可凝固隔离液的水泥胶结测井。在一些实施方案中,可以在丝绳上使工具进入井筒,所述工具可以检测凝固隔离液与管道支线和/或地层(或更大管道)的胶结。适宜的工具的实例包括声波工具。
[0051] 为了便于更好地理解本发明,给出一些实施方案的某些方面的以下实施例。以下实施例不应以任何方式理解成限制或限定本发明的范围。在以下实施例中,浓度以整个组合物的重量百分比给出。
[0052] 实施例1
[0053] 制备样品隔离液来评估含有CKD的隔离液的流变性能。样品隔离液如下制备。首先,将所有干组分(例如CKD、飞灰、膨润土、FWCA等)称重至具有干净盖子的玻璃容器中,并且手动搅拌直到掺合。接下来将自来水称重到韦林氏掺合罐(Waring blender jar)中。然后使用4,000rpm的搅拌将所述干组分混合到水中。然后将掺合器的速度增加到
12,000rpm约35秒。
[0054] 1号样品隔离液为11磅/加仑浆料,其包含60.62%的水、34.17%的CKD、4.63%TM的飞灰和0.58%的自由水控制添加剂(WG-17 固体添加剂)。
[0055] 2号样品隔离液为11磅/加仑浆料,其包含60.79%的水、34.27%的CKD、4.13%TM的飞灰和0.17%的自由水控制添加剂(WG-17 固体添加剂)、3.45%的膨润土和1.04%TM
Econolite 添加剂。
[0056] 然后使用35型Fann粘度计测定流变值。使用B1摆锤、R1转子和1.0弹簧在3、6、100、200和300的速度下记录仪表读数。根据API推荐的作法10B,Bingham塑性模型测量隔离液的仪表读数、塑性粘度和屈服点,结果在下表中示出。缩写“PV”指的是塑性粘度,缩写“YP”指的是屈服点。
[0057] 表1
[0058]
[0059] 1号样品隔离液的稠化时间也在205°F下根据API推荐作法10B测定。1号样品隔离液的稠化时间超过6:00+小时。
[0060] 因此,上述实施例举例说明了向隔离液中添加CKD可提供适合用于地下应用的性能。具体来说,上述实施例尤其说明CKD可用于提供不会展现甚至潜在地具有随温度升高的屈服点的隔离液所具有的热薄化的隔离液。举例来说,2号样品隔离液的屈服点在180°F下比在80°F下高。另外,1号样品隔离液的屈服点在180°F下相较于80°F下仅略微降低。更进一步来说,所述实施例说明向隔离液中添加CKD可提供随温度增加的塑性粘度。
[0061] 实施例2
[0062] 制备额外样品隔离液来进一步评估含有CKD的隔离液的流变性能。样品隔离液如下制备。首先,将所有干组分(例如CKD、飞灰)称重至具有干净盖子的玻璃容器中,并且手动搅拌直到掺合。然后将自来水称重到韦林氏掺合罐中。接下来使用4,000rpm搅拌将干组分混合到水中。然后将掺合器的速度增加到12,000rpm约35秒。
[0063] 3号样品流体为12.5磅/加仑流体,其包含47.29%的水和52.71%的CKD。
[0064] 4号样品流体为12.5磅/加仑流体,其包含46.47%的水,40.15%的CKD和13.38%的飞灰。
[0065] 5号样品流体为12.5磅/加仑流体,其包含45.62%的水,27.19%的CKD和27.19%的飞灰。
[0066] 6号样品流体为12.5磅/加仑流体,其包含44.75%的水,13.81%的CKD和41.44%的飞灰。
[0067] 7号样品流体(比较)为12.5磅/加仑流体,其包含43.85%的水和56.15%的飞灰。
[0068] 接下来使用35型Fann粘度计测定流变值。使用B1摆锤、R1转子和1.0弹簧在3、6、30、60、100、200、300和600的速度下记录仪表读数。根据API推荐作法10B,Bingham塑性模型测量隔离液的仪表读数、塑性粘度和屈服点并且在下表中列示。缩写“PV”指的是塑性粘度,而缩写“YP”指的是屈服点。
[0069] 表2
[0070]
[0071] 因此,上述实施例举例说明了向隔离液中添加CKD可提供适合用于地下应用的性能。具体来说,上述实施例尤其说明了CKD可用于提供不会展现甚至可能具有随温度升高的屈服点的隔离液所具有的热薄化的隔离液。另外,如上表2中所说明,对具有更高CKD浓度的隔离液观测到更高的屈服点。
[0072] 实施例3
[0073] 制备含有CKD的样品隔离液来比较含有CKD的隔离液的流变性能与油基钻井液的流变性能。样品隔离液如下制备。首先,将所有干组分(例如CKD、飞灰、膨润土等)称重至具有干净盖子的玻璃容器中并且手动搅拌直到掺合。然后将自来水称重到韦林氏掺合罐中。接下来使用4,000rpm搅拌将干组分混合到水中。然后将掺合器的速度增加到12,000rpm约35秒。
[0074] 8号样品隔离液为11磅/加仑浆料,其包含60.79%的水、30.42%的CKD、4.13%TM的飞灰、0.17%的自由水控制添加剂(WG-17 固体添加剂)、3.45%的膨润土和1.04%TM
Econolite 添加剂。
[0075] 油基钻井液为9.1磅/加仑基于油的泥浆。
[0076] 接下来使用35型Fann粘度计测定流变值。使用B1摆锤、R1转子和1.0弹簧在3、6、100、200和300的速度下记录仪表读数。根据API推荐作法10B,Bingham塑性模型测量隔离液和钻井液的仪表读数、塑性粘度和屈服点并且在下表中列示。缩写“PV”指的是塑性粘度,而缩写“YP”指的是屈服点。缩写“OBM”指的是基于油的泥浆。
[0077] 表3
[0078]
[0079] 因此,上述实施例说明向隔离液中添加CKD可提供适合用于地下应用的性能。具体来说,上述实施例尤其说明CKD可用于提供甚至在升高的温度下屈服点也比钻井液高的隔离液。举例来说,在180°F下,8号样品隔离液的屈服点比基于油的泥浆的屈服点高。
[0080] 实施例4
[0081] 制备包含CKD的起泡隔离液(样品流体9)。首先制备基础浆料,其密度为10ppg且包含CKD、自由水控制添加剂(按CKD的重量计0.7%)、轻质添加剂(按CKD的重量计TM4%)和淡水(32.16加仑/94磅袋装CKD)。自由水控制添加剂为SA-1015 悬浮助剂。轻TM TM
质添加剂为ECONOLITE 添加剂。然后添加量为2bvow%的起泡剂(FOAMER 760起泡剂/稳定剂),然后在12,000rpm下将基础浆料在泡沫掺合罐中混合4秒。所得起泡隔离液的密度为8.4ppg。接下来使用自由流体测试程序如API推荐作法10B中所说明的,测量所得起泡隔离液的“沉降”。然而,除了测量自由流体之外,在起泡隔离液保持静态达2小时的时段之后再测量“沉降”的量。起泡隔离液最初是在200°下,经2小时时段冷却到环境温度。对该起泡隔离液的所测得的沉降为5毫米。
[0082] 实施例5
[0083] 制备包含CKD的另一起泡隔离液(样品流体10)。首先,制备基础浆料,其密度为10.5ppg且包含CKD、自由水控制添加剂(按CKD的重量计0.6%)、轻质添加剂(按CKD的TM
重量计4%)和淡水(23.7加仑/94磅袋装CKD)。自由水控制添加剂为SA-1015 悬浮助TM
剂。而轻质添加剂为ECONOLITE 添加剂。接下来添加2bvow%的量的起泡剂(己二醇/椰油基甜菜碱掺合表面活性剂),然后在12,000rpm下将基础浆料在泡沫掺合罐中混合6秒。
所得起泡隔离液的密度为8.304ppg。所得起泡隔离液的沉降如上述实施例4中所述测量为
0毫米。
[0084] 实施例6
[0085] 进行以下系列的测试来测定固结隔离液的抗压强度。使用多种浓度的添加剂制备密度为12.5ppg的22个样品,在下表中其标记为样品流体11-32。每个样品流体中这些添加剂的量在下表中用“重量%”表示,其表示具体组分按添加剂1+添加剂2的重量计的量。下表中的缩写“gal/sk”表示每94磅袋装添加剂1和添加剂2的具体组分的加仑数。
[0086] 所用CKD由来自Ada,Oklahoma的Holcim(US)Inc.供应。所用页岩由来自Midlothian,Texas的Texas Industries,Inc.供应。所用浮石为DS-200或DS-300轻TM质聚集体,可获自Hess Pumice Products,Inc。所用石英粉为SSA-1 水泥添加剂,来自TM
Halliburton Energy Services,Inc。所用粗石英粉为SSA-2 粗石英粉,来自Halliburton Energy Services,Inc。所用偏高岭土为来自BASF的 偏高岭土。所用无定形TM
二氧化硅为SILICALITE 水泥添加剂,来自Halliburton Energy Services,Inc。所用珍珠岩由Hess Pumice Products,Inc供应。所用炉渣由LaFarge North America供应。与TM
浮石互磨在一起的波特兰水泥为FineCem 水泥,来自Halliburton Energy Services,Inc。所用飞灰为 水泥添加剂,来自Halliburton Energy Services,Inc。所用微细水泥为平均粒径7.5微米的MICRO ,来自Halliburton Energy Services,Inc。所用谷壳灰由Rice Hull Specialty Products,Stuttgart,Arkansas供应。所用生物聚合物由CP Kelco,San Diego,California供应。所用重晶石由Baroid Industrial Drilling Products供应。所用乳胶为Latex 3000TM水泥添加剂,来自Halliburton Energy Services,Inc。所用废胶末为来自Halliburton Energy Services,Inc的LIFECEMTM100。
所用纳米粘土由Nanocor Inc供应。所用缓凝剂(set retarder)为SCR-100TM水泥缓凝剂,来自Halliburton Energy Services,Inc。SCR-100TM水泥缓凝剂为丙烯酸和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸的共聚物。
[0087] 在制备之后,使样品流体在2″×4″金属圆柱体中固化七天,所述圆柱体被放置在180°F水浴中,以形成凝固圆柱体。从水浴取出之后立即使用机械压机根据API RP10B-2测定破坏性抗压强度。测试的结果见下表中所示。
[0088] 表4
[0089]
[0090]
[0091] 因此,上述实施例举例说明了包含CKD的固结隔离液能够固结。举例来说,对某些样品浆料观测到1000psi或甚至更高的7天抗压强度。
[0092] 实施例7
[0093] 进行以下系列的测试来评估固结隔离液的稠化时间。在这一实施例中,测定来自实施例6的样品流体11-32的稠化时间。如下文所指出,样品流体11-32的组成与实施例6的那些相同,但调整了某些样品的水泥缓凝剂浓度。稠化时间为组合物达到70比氏单位稠度所需时间,在230°F下根据API RP 10B-2针对各流体测定。测试结果见下表所示。
[0094] 表5
[0095]
[0096]
[0097] 因此,上述实施例说明可凝固隔离液可具有对某些应用而言可接受的稠化时间。
[0098] 实施例8
[0099] 进行以下系列的测试来评估固结隔离液的流变性能。在这一实施例中,测定样品流体11-32的流变性能。使用35型Fann粘度计测定流变值。使用B1摆锤、R1转子和1.0弹簧在3、6、30、60、100、200、300和600的速度下记录仪表读数。在这一具体测试中使用另一样品。其为样品流体33,且包含重晶石和按重晶石重量计0.5%的悬浮剂。悬浮剂为TMSA -1015,可获自Halliburton Energy Services,Inc.。加入足以提供12.5ppg密度的量的水。在两种不同温度下测量样品33的流变性能两次,并且对每个温度的值取平均值,从而呈现下文所示的数据。温度以华氏度测量。下文阐述这一测试的结果。
[0100]
[0101]
[0102]
[0103] 因此,上述实施例示出了固结隔离液可以具有对特殊应用而言可接受的流变性能。
[0104] 实施例9
[0105] 进行以下系列的测试来进一步评估固结隔离液的抗压强度。使用各种浓度的添加剂制备密度为13ppg的10个样品,其在下表中标记为样品流体34-43。这些添加剂在每个样品中的量在下表中用“重量%”表示,指示具体组分按干固体重量计的量,所述干固体为CKD、波特兰水泥、水泥促凝剂、飞灰和/或石灰。下表中的缩写“gal/sk”表示每94磅袋装干固体的具体组分的加仑数。
[0106] 所用CKD为来自Laramie Wyoming的Mountain CKD,但样品流体43使用来自Holcim(US)Inc.,Ada,Oklahoma的CKD。样品流体34和35中所用波特兰水泥为来自CEMEX TMUSA的3型CEMEX波特兰水泥。样品流体34中所用水泥促凝剂为CAL-SEAL 促凝剂,来自TM
Halliburton Energy Services Inc。CAL-SEAL 促凝剂为石膏。浆料37-41中所用F类飞灰来自Coal Creek Station。浆料36中所用C类飞灰来自LaFarge North America。
[0107] 在制备之后,使样品在2″×4″金属圆柱体中固化24或48小时,所述圆柱体被放置在160°F水浴中,以形成凝固圆柱体。对于某些样品,使各自圆柱体固化24小时和48小时。从水浴移出之后立即使用机械压机根据API RP 10B-2测定破坏性抗压强度。下文阐述这一测试的结果。
[0108] 表7
[0109]
[0110]
[0111] 因此,上述实施例举例说明了固结隔离液可以具有对某些应用而言可接受的抗压强度。
[0112] 实施例10
[0113] 进行以下系列的测试来评估固结隔离液的静态胶凝强度的发展。使用各种浓度的添加剂制备标记为样品流体44和45的两个样品,其密度分别为11和13.5ppg。各样品的组分浓度如下:
[0114] 对于样品流体44,该样品包含CKD(80重量%)、飞灰(16重量%)和熟石灰(4重量%)的掺合物。样品也包含按掺合物的重量计0.4%的量的悬浮助剂。在样品中引入足量的水以便提供11ppg的密度。所用CKD来自Holcim(US)Inc.,Ada,Oklahoma。所用飞灰为 水泥添加剂,来自Halliburton Energy Services,Inc。悬浮剂为SATM-1015,可获自Halliburton Energy Services,Inc。
[0115] 对于样品流体45,该样品包含CKD(80重量%)、飞灰(16重量%)和熟石灰(4重量%)的混合物。在样品中引入足量的水以便提供13.5ppg的密度。所用CKD来自Holcim(US)Inc.,Ada,Oklahoma。所用飞灰为 水泥添加剂,来自Halliburton Energy Services,Inc。
[0116] 样品的静态胶凝强度是根据API关于Determining the Static Gel Strength of Cement Formations推荐的作法,即ANSI/API推荐作法10B-6测量。图1和图2分别显示样品流体44和45随时间变化的静态胶凝强度测量值。如图中可见,样品进展经过过渡时间,所述过渡时间定义为100SGS和500SGS之间的时间,非常快速地,样品34具有19分钟的总过渡时间,而样品35的为6分钟。这些短过渡时间比大多数水泥组合物都快。
[0117] 实施例11
[0118] 进行以下测试来评估固结隔离液的静态胶凝强度的发展。使用多种浓度的添加剂制备标记为样品流体46和47的两个样品,其密度分别为13.002和10.999ppg。各样品的组分浓度如下:
[0119] 对于样品流体46,该样品包含CKD(100重量%)、 (按CKD的重量计50%)、 -601(按CKD的重量计1%)、 -25(PB)(按CKD的重量计0.6%)和D-Air
5000(按CKD的重量计0.5%)的掺合物。在样品中包括足够的水以便提供13.002ppg的密度。所用CKD来自Holcim(US)Inc.,Ada,Oklahoma。 水泥添加剂来自Halliburton Energy Services,Inc。 -601为可获自Halliburton Energy Services,Inc.的水泥缓TM
凝剂。 -25为可获自Halliburton Energy Services,Inc.的水泥缓凝剂。D-Air 5000为可获自Halliburton Energy Services,Inc.的消泡剂。
[0120] 对于样品流体47,该样品包含CKD(100重量%)、SA-1015(按CKD的重量计0.4%)和D-Air 5000(按CKD的重量计0.5%)的掺合物。在样品中包括足够的水以便提供10.999ppg的密度。所用CKD来自Holcim(US)Inc.,Ada,Oklahoma。SATM-1015为可获自Halliburton Energy Services,Inc.的悬浮剂。D-AirTM5000为可获自Halliburton Energy Services,Inc.的消泡剂。
[0121] 样品的静态胶凝强度是根据API关于Determining the Static Gel Strength of Cement Formations推荐的作法,即ANSI/API推荐作法10B-6测量。表8分别显示了样品36和37的静态胶凝强度测量值。
[0122] 表8
[0123]
[0124] 如表中可见,样品流体47进展经过过渡时间,该过渡时间是定义为100SGS和500SGS之间的时间,非常快速地,其具有10分钟的总过渡时间。样品流体46慢得多,其耗费1小时进展才经过过渡时间。样品流体47的短过渡时间比大多数水泥组合物快。
[0125] 应理解的是,虽然用术语描述了组合物和方法“包含”、“含有”或“包括”多种组分或步骤,但所述组合物和方法还可以“基本上由多种组分和步骤组成”或“由多种组分和步骤组成”。此外,权利要求书中所用的不定冠词“一”在本文中加以定义以意指一种(个)或超过一种(个)由其引入的要素。
[0126] 为了简洁起见,本文仅明确公开了某些范围。然而,自任何下限起的范围可与任何上限相组合来列举未明确列出的范围,而且,自任何下限起的范围可与任何其它下限组合来列举未明确列出的范围,同样地,自任何上限起的范围可与任何其它上限组合来列举未明确列出的范围。另外,每当公开了具有下限和上限的数值范围时,其明确公开了在所述范围内的任何数字和任何所包括的范围。尤其是,本文公开的值的每个范围(“约a至约b”,或等效地“约a到b”,或等效地“约a-b”的形式)应理解为阐述在所述值的较宽范围内所涵盖的每个数字和范围,即使未明确地列出也是如此。因此,每个点或个别值本身可用作与任何其它点或个别值或任何其它下限或上限组合的其下限或上限,来列举未明确列出的范围。
[0127] 因此,本发明完全适于获得所述目标和利益以及其中固有的那些。上文公开的具体实施方案仅为说明性的,本发明可以本领域技术人员清楚的具有本文教导的益处的不同但等效的方式加以修改和实践。虽然论述了个别实施方案,但本发明覆盖所有那些实施方案的所有组合。此外,除了如下文权利要求书中所述,不意在限制本文所示的构造或设计的细节。同样,除专利权人另外明确并清楚定义的,否则权利要求书中的术语具有其简单普通含义。因此显而易知,上文公开的具体说明性实施方案可以加以变更或修改,并且所有这些变化被认为是在本发明的范围和精神内。如果在本说明书和可以通过引用的方式并入本文中的一个或多个专利或其它文件中的措辞和术语的使用中有任何冲突,那么应采用与本说明书相符的定义。
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