[发明专利]油井处理和建造的方法

说明书

本发明涉及油井(well)建造以及油井永久封堵和废弃的方法以及与所述方法相关的改进，具体而言涉及地热井和用于烃类提取的油井的建造方法以及永久封堵和废弃方法以及与所述方法相关的改进，还涉及用于所述方法的水泥、水泥组合物和水泥添加剂。

在建造油井时，在进行钻井之后，将筒状金属管、套管或衬管放在井筒中，并用水泥填充管外壁与井筒内壁之间的空间。以这种方法，将不同的区域隔开，并防止流体如水、气或油沿井筒漏出。水泥还用于油井的永久封堵和废弃。例如在E.B.Nelson编辑的“Well Cementing”，SchlumbergerEducational Services，Sugar Land，Texas，USA，1990中，对井下固井(downhole cementing)进行了描述。

非常希望油井建造或者封堵和废弃中所用的水泥保持其机械完整性并保持与套管或衬管以及井筒内壁的粘结。

井下常用的水泥通常包含石英粉，例如约35％bwoc(以水泥重量计)的石英粉/硅酸盐水泥(Portland cement)混合物，以得到所需的井下机械性质，例如以后暴露于较高温度时的抗压强度。然而，已知使用含石英粉的水泥在某些条件下如凝固启动塞(kick-off plug)等时在较低的井下温度会造成一些问题。在所述条件下，井位处要求大量不同的干水泥，由此造成后勤难题(logistic challenge)。

在油井的使用期限内，套管/衬管所经受的温度和压力始终在变化，由于水泥可能自然产生收缩，从而影响水泥的粘结。通过例如压力试验、开采、注入/增注(injection/stimulation)、修井等，在油井的使用期限内发生温度和压力的循环。还已知凝固硅酸盐水泥暴露于二氧化碳将导致水泥腐蚀。凝固水泥的孔越多，腐蚀速度越快且油层隔离(zonal isolation)的损失越大。特别是在温度和压力高或期望经历高度循环的井下位置，和/或在将暴露于二氧化碳的井下位置，可能采用复杂的水泥体系。这些复杂且昂贵的水泥体系可包括使用大量不同的添加剂、特种设备、许多不同的水泥共混物、额外的操作人员等。

因而需要下述水泥组合物：其在井下使用时显示出足够的长期性能，同时，可例如在高压/高温、低压/低温、二氧化碳环境中，作为堵漏材料、封堵和废弃材料、启动塞材料等用于尽可能多的相关固井应用。

我们已经发现，可通过将粉状细晶岩作为组分包含在要应用于井下的水泥中，来实现这些改进的性能。

因而从一方面来看本发明提供油井建造或处理(treatment)的方法，该方法包括沿井筒向下引入可凝固水泥组合物，其特征在于所述组合物包含粉状细晶岩。

添加到油井水泥中的碳纤维可用于影响所述油井水泥的几个重要性质。这些性质中最重要的是与凝固水泥相关的那些，但在流体状态下，水泥中的碳纤维还可提高水泥的减少向岩层的失水量(fluid loss)的能力。在固井操作期间，失水量通常是个问题，这是因为水泥的密度通常大于其所取代的钻井液的密度。在一些情况下，碳纤维可桥接导致失水的小裂纹，从而在抽取操作(pumping operation)期间减少失水。

更重要的是凝固水泥的性质，这是因为碳纤维将影响例如抗压强度、抗拉强度以及粘结至套管/岩层等性质。抗压强度是重要的，但更重要的是碳纤维将赋予凝固水泥增大的抗拉强度。油井中的温度和压力循环对于凝固水泥尤为关键，这是因为温度和压力循环导致套管/管膨胀/收缩。已知套管的这种运动将导致凝固水泥失效，从而造成沿井筒的弱油层隔离。可通过在油井水泥中同时使用碳纤维和细晶岩，来控制用于最佳油层隔离的最关键机械性质。

因而，本发明的另一方面提供油井建造或处理的方法，该方法包括沿井筒向下引入可凝固水泥组合物，其特征在于所述组合物包含粉状细晶岩和碳纤维。

用于本发明的合适的碳纤维包括购自Devold AMT AS，N-6030Langevg，Norway的碳纤维。碳纤维的长度优选为0.1cm～10.0cm，更优选为0.3cm～2.5cm，特别优选为0.5cm～1.0cm。纤维的直径优选为1μm～15μm，优选为3μm～10μm，更优选为6μm～8μm，特别为7μm。每立方米水泥混合物(即水泥加细晶岩，或者水泥加细晶岩加高炉矿渣)所添加的纤维量优选为0.1kg/m³～10kg/m³，更优选为0.3kg/m³～7kg/m³，特别优选为0.5kg/m³～5kg/m³。