[发明专利]用于获得带状隔离和壁整体性的可固化的、可重复密封的、可溶胀的反应性密封剂组合物

说明书

发明领域

可固化的、可重复密封的、可溶胀的反应性密封剂组合物适合作为井下密封剂以在油井中获得带状隔离和壁整体性。所述组合物具有与典型的油基钻井液类似的流变性能，并且可以被控制地凝固成具有好的性能平衡的固体，所述性能包括强度、弹性和形成称职密封的能力。所述可固化的、可重复密封的、可溶胀的反应性密封剂的组合物包含：1)单官能单体，例如乙烯基酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺；2)多官能单体，例如具有乙烯基、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺和/或甲基丙烯酰胺官能度的二、三、四或五官能单体；3)反应性不饱和聚合物，例如不饱和苯乙烯属嵌段共聚物；4)当在油和/或水存在时溶胀的可溶胀的添加剂；5)自由基引发剂，和6)任选的成分，例如抑制剂、悬浮剂和/或防钻液漏失用添加剂。尽管所述组合物可以与加重剂组合，对于每个井其量和类型改变，并且因此加重剂不是所述可固化的、可重复密封的、可溶胀的反应性密封剂组合物的一部分。

发明背景

钻油或气井的通用程序包括使用钻井液钻井眼。在钻井眼之后，套管被插入所述井中，准备放置水泥淤浆在所述套管的外侧和井壁之间的环形空间中。为了获得好的固井作业，必须用水泥置换所述环形空间中基本上所有钻井液或泥浆。这种必要性来自于未置换的泥浆和滤饼将成为不成功的固井作业的根源的事实，因为钻井液和水泥通常是不相容的。因此，大多数油基泥浆将引起水泥的瞬时固化，或者起到水泥缓凝剂的作用，这可能不利地影响强度。另一方面，大多数水泥淤浆将絮凝和增稠大多数油基泥浆。当所述水泥被泵出所述套管的底部和从所述环形空间向上时，它可能形成通过絮凝的钻井泥浆的模块部分的流动通道。另外，未置换的滤饼可能阻止水泥粘结到地层，并且可能变成流动通道的根源。另外，所述水泥可能收缩固化，这也可以对流动通道做出贡献。

壳牌石油公司的美国专利号5,382,290教导到，油包水乳液钻井液可以被转化成油泥浆-水泥淤浆以用在油井固井程序中。而且，使用所述油包水乳液钻井液通过用水硬性材料处理可以制备通用流体，使得它将在钻井过程中放下滤饼，其可以在钻井结束时上述油泥浆-水泥淤浆已经被放置在所述井眼中之后被触发以凝固成硬水泥和粘结到地层。如果所述滤饼变硬，永久地粘合到所述地层面并提供水力密封，则可以实现好的带状隔离。

壳牌石油公司的美国专利号5,464,060公开了一种用于钻井和固井的组合物，因此避免了钻井液的除去，因为所述组合物可以被采用以获得所述两种功能。所述“通用钻井液”包含与水硬性材料混合的钻井泥浆的产物，其适合于钻孔和留下可凝固的滤饼在所述孔的壁上；和可与所述滤饼混合或接触的活化剂，所述活化剂是官能的以引起所述滤饼硬化和凝固。施加所述活化剂的一种优选的方式是用携带所述活化剂的水泥或泥浆-混凝土淤浆进行正常的固井作业。所述活化剂还可以与泥浆、解卡液(spotting fluid)或段塞浸泡液(pill)混合，并且所得到的流体在固井之前可以定点或通过所述环形空间循环。所述活化剂随后被过滤(分散)通过所述滤饼和使其硬凝固。

通过所述壳牌的发明所实现的益处包括以下：(1)通用流体在功能上和流变学上适合作为钻井液；(2)被所述通用流体留下的所述可凝固的滤饼硬化至相当高的压缩强度，例如约3,500psi；(3)通过粘合到地层和固井介质的所述可凝固的滤饼实现了改进的带状隔离；(4)所述硬化的滤饼和所述固井介质间的粘合是非常强的；和(5)当通用流体被在井中用作钻井液时，不必置换泥浆或除去所述泥浆滤饼。

对于被泵到井下的任何流体来说，实现好的溶液粘度是重要的；所述流体在低剪切率下必须具有足够高的粘度以悬浮固体物，然而在高剪切率下必须具有足够低的粘度以防止过高的泵压力。管理所述流体的流变学性质对于实现良好控制和增加钻井速率是关键的。另外，重要的时间约束是希望的，其中将钻井液泵入非常深的井孔可能花4-6小时，但是然后所述钻井液必须快速凝胶化和变稠。反之，波特兰水泥的等待24或更多个小时以凝胶化是昂贵的和产生风险，即在所述凝固时间内井中的条件可能变化，这是密封井的另外的障碍。

壳牌石油公司的美国专利号7,343,974和7,696,133公开了一种用于强化井眼的组合物，其包含C₉-C₁₁支链烷烃羧酸的乙烯基酯，至少一种二或三官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体，过氧化物引发剂，和不饱和苯乙烯属嵌段共聚物，即D三嵌段共聚物。加重剂如重晶石(硫酸钡)被引入所述组合物。