[发明专利]包含水泥窑粉尘的发泡可固化组合物及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及胶结操作，更具体地，涉及包含水和水泥窑粉尘(“CKD”)的可固化组合物，及其相关的使用方法。

背景技术

可固化组合物可用于多种地下应用。这里使用的术语“可固化组合物”指任何能随着时间固化形成硬化物的组合物。可固化组合物的一个实例包含水硬水泥和水。可能涉及可固化组合物的地下应用包括但不限于初次注水泥(primary cementing)、补注水泥(remedial cementing)和钻井操作。可固化组合物还可用于表面应用中，比如，建筑胶结(construction cementing)。

可固化组合物可用于初次注水泥操作中，从而将管柱(比如套管(casing)和衬管(liners))胶结在井眼中。在进行初次注水泥时，可将可固化组合物泵入位于井眼壁和其中的管柱之间的环形空间中。可固化组合物在环形空间中固化，从而形成硬化水泥的环形环套(例如，水泥壳(cement sheath))支撑和定位井眼中的管柱(pipe string)，并将管柱的外表面胶结到井眼壁。

可固化组合物还可用于补注水泥操作中，比如密封管柱或水泥壳中的空隙。这里使用的术语“空隙”指任何类型的空间，包括断层(fractures)、孔穴(holes)、裂缝(cracks)、沟道(channels)、空间(spaces)等。这种空隙可以包括：管柱中的孔穴或裂缝；水泥壳中的孔穴、裂缝、空间或沟道；以及水泥壳和油井套管(well casing)或地层的外表面之间的极小空间(一般称为“微环(microannuli)”)。密封这种空隙可以防止不需要的液体流(例如，油、气体、水等)和/或微细固体物进出井眼。

无论是否有意，人们已尝试过通过向空隙中引入物质并使它留在其中来密封这类空隙。如果该物质不能填入空隙中，可在空隙上形成桥(bridge)、补片(patch)或环，以可能地使不需要的液流终止。迄今，在终止不需要的流体通过这种空隙的方法中使用的物质包括包含水和水硬水泥的可固化组合物，其中该方法使用水压迫使可固化组合物进入空隙中。一旦置入空隙中，可使所述可固化组合物变硬。

补注水泥操作也可用来密封地层部分或砾石充填体部分。所述地层部分可包括地层的可渗透部分和地层中的断层(天然的或其它)及其它可使不需要的液流进出井眼的地层部分。砾石充填体部分包括那些希望防止不需要的液流进出井眼的砾石充填体部分。术语“砾石充填体”常用于指置于井眼中的大量颗粒材料(比如砂子)，以至少部分地减少疏松地层颗粒迁移进入井眼中。虽然无筛(screenless)砾石装填操作变得越来越常见，砾石装填操作通常包括将砾石充填体筛子置于理想的地层部分附近的井眼中，用分级的颗粒材料填充筛子和井眼之间的环形区周围，以防止和抑制地层固体随产生的液体流过砾石充填体。其中，该方法可使密封砾石充填体部分防止不需要的液流，而不需要移除砾石充填体。

可固化组合物还可在地层中钻井眼时使用。比如，在钻井眼中，在有些情况下可能需要改变井眼方向。在有些情况下，可固化组合物可用来促进方向变化，比如，通过在水泥的硬化物中钻导向孔(常称作“分离塞(kickoffplug)”)置于井眼中。

某些地层可引起钻头(drill bit)在特定的方向打钻。比如，在竖井(verticalwell)中，这种情况可导致井眼偏离竖直方向而不合要求。在定向井(directional well)(钻井方向和竖直方向成角度)中，在竖直地钻了井眼的初始部分后，由地层诱导的方向可使沿所需的路径变得困难。在那些以及其它情况下，可使用特殊的定向钻井工具，比如造斜器(whipstock)、弯曲向下机械化钻井组合(bent sub-downhole motorized drill combination)等。通常，定向钻井工具或使用的工具可以是定向的，以便在要求的方向上以相对于上述井眼要求的角度形成导孔。当导孔钻了较短的距离时，移除专用工具，如果需要，可在沿新路径钻井时继续使用这些工具。为保证后续钻井沿着导孔，可能有必要在置于井眼中的分离塞中钻导孔。在这些情况下，在钻导孔之前，可向井眼中引入可固化组合物，并使之固化以在其中形成分离塞。然后可在分离塞中钻导孔，分离塞的高强度有助于保证后续钻井沿着导孔的方向进行。