[发明专利]用于井下水泥灌浆操作的组合物和方法

说明书

本发明涉及对例如油或气井进行水泥灌浆方法。所述方法可涉及泵送填充物混合物和至少约5重量％的热固树脂(基于树脂和填充物混合物的总重量)的悬液。优势可包括优于常涉及波兰特水泥的传统水泥灌浆操作的优越性质和可靠性。

技术领域

本发明涉及，例如，用于井下水泥灌浆操作的新组合物和方法。

背景和发明内容

作为井筒施工的一部分，通常向地下钻洞或井眼，所钻的洞或井眼随后通常被衬上套管或衬垫。通常，套管或衬垫的节段螺纹连接或以其他方式连接在一起，使其下入井眼，以形成“柱(string)”。此类套管可包含管状钢管(pipe)，其外径小于所述井眼的内径。因为那些直径具有差异，在井眼内径和套管外径之间会出现环状空间。在没有任何东西存在的情况下，井眼液体和地下地层(formation)液体可能会沿井眼在所述环状空间内纵向迁移。

井通常分阶段构建。开始时在地里钻洞，直至某一深度时土地塌方或井眼液体控制成为潜在问题。这时，停止钻洞并将套管置于井眼中。尽管该套管可能会在结构上防止塌方，但其并不能防止液体沿着井长在所述环状空间内迁移。出于该原因，套管通常是就地水泥灌浆。为实现该目的，将水泥浆料向下泵送通过该套管，但在该套管底部以外。在所述水泥浆料之后泵送钻井液、水，或其它合适的井眼液体，以取代该水泥浆料进入所述环状空间。通常而言，采用可钻孔的封隔塞来在水泥体积之前和之后将水泥与井眼液体分开。使水泥留在环状空间内固化，由此形成防止液体在该环状空间内迁移的屏障。在水泥固化之后，留在套管内部的固化的水泥被钻出，并且测试所述套管和地层(formation)之间的水泥密封或屏障的压强。如果压强测试成功，使钻头进入通过经水泥灌浆的套管，并且从所述套管的底部开始钻孔。然后钻出新长度的洞，并对其加套并灌注水泥。视井的总长而定，可能会有数个钻孔和加套阶段。通过该方式，抑制或防止了由基本分区分离(substantial zonalisolation)促生的液压密封(即，地层液体或气体在井眼环状空间内的迁移)。类似地，可对套管进行锚定、支持以及针对侵蚀的保护。因此，水泥灌浆能够促进，例如对目标间隔的增产措施、有效泥土移除以及其它所需作用。

不尽如人意的是，用于上述操作的水泥通常具有许多缺陷。例如，所述水泥可能不具有足够的强度、柔性或韧性以抵挡压强、侵蚀和可能通常在井下会遇到的其它压力。不达要求的水泥可能会对该井和/或周围环境造成灾难性和高成本的后果。类似地，现有可得的水泥可能不便加工。例如，水泥中的六价铬化合物和其它微粒可能需要进行特殊的处理方法，以限制工人与此类危险物质的接触。因此，需要新型水泥组合物和方法，来解决井下油气操作中所用传统水泥的这些缺陷中的一种或多种。

本发明有利地减少或排除了现有技术水泥灌浆组合物和方法中的一个或多个所述缺陷。在一个实施方式中，本发明涉及对井进行水泥灌浆的新方法。所述方法包括泵送悬液的步骤。所述悬液包含填充物混合物和至少约5重量％的热固树脂(基于树脂和填充物混合物的总重量)。所述悬液在施予催化剂时固化。固化的组合物包含如下特性(a)至(g)中的一种或多种：(a)至少约300、1000、1500psi的拉伸强度，根据ASTM C1273在50％湿度和室温25C下采用0.01英寸/分钟的十字头速度；(b)至少约1500、2000、3000、10,000psi的压缩强度，根据ASTMC873在50％湿度和室温25C下采用0.01英寸/分钟的十字头速度；(c)至少约500psi、750、1000的挠曲强度，根据ASTM C873在50％湿度和室温25C下采用0.01英寸/分钟的十字头速度；(e)至少约0.3(优选0.6、08)Mpa根计(root meter)的断裂韧性，根据ASTMC1421；(f)至少约10％，或至少约15％，或至少约20％，或至少约30％的拉伸强度和压缩强度的比，其中拉伸强度按照ASTM C1273在50％湿度和25C室温下采用0.01英寸/分钟的十字头速度测量，而压缩强度根据ASTM 873在50％湿度和室温25C下用0.01英寸/分钟的十字头速度测量；和(g)使抗挠曲疲劳性，所述抗挠曲疲劳性使固化组合物能够承受固化组合物的极限破坏强度的50％的强度至少1000个循环而不破损。