[发明专利]制备固体水泥组合物的方法

说明书

本发明提供一种制备固体水泥组合物的方法，其包含以下步骤：(a)向水性水泥浆料中添加可熔化合物；(b)将固体颗粒形式的所述可熔化合物与步骤(a)的所述水性水泥浆料混合，直至获得包含分散的可熔化合物的均匀的水泥分散体；(c)将(b)的分散体置于模具中，其中通过水合作用使所述分散体固化；(d)通过将所述可熔化合物暴露于最大值高于所述可熔化合物的熔点并且最小值低于所述可熔化合物的熔点的温度范围，熔化部分的所述可熔化合物；(e)将仍然为分散体形式或步骤(c)的已经固化的水泥的材料暴露于热形成或温度梯度，使得所述温度至少高于所述可熔化合物的凝固点以获得固体水泥组合物。

技术领域

本发明涉及制备固体水泥组合物的方法和所述固体水泥组合物。本发明还涉及固体水泥组合物的用途，用于密封井筒和/或用于在井筒内密封。

背景技术

钻探井的主要目标是创建到油和/或气储层和到储层和地面之间的安装管的连接。外钢保护称为套管。套管需要在储层和地面之间形成气密密封。为了实现这类密封，环带(套管和岩石/地层之间的间隙)经受固井(或灌浆)操作。这种处理通常称为初级固井。初级固井的主要方面是隔离不同储层之间的流动，通过提供结构增强来抵抗作用在井上的外部和内部压力，并防止化学侵蚀性储层流体对钢套管的腐蚀。

不良的固井作业可导致储层流体迁移，甚至导致气体通过井中的微环带迁移，这不仅降低了井的成本效益，而且可能导致“爆裂”，从而导致相当大的破坏。尽管修复工作(“二次固井”)是可能的(实质上迫使更多的水泥进入裂缝和微环带)是可能的，但是它们成本高并且不总是导致期望的结果。

当井达到其经济生产寿命时，需要根据当地法规废弃该井。废弃通常通过首先以大量连续步骤堵塞每个套管、切割和移除钢套管并放置大水泥塞以密封井来进行。由于仅使用相对小体积的水泥(通常约100m)来放置塞子，因此其质量需要足够，因为它将在很长时间内用作密封件。

惯用的废弃操作成本非常高，特别是在近海环境中，因为它需要使用修井机或钻井机。如果有可能导致废弃井而无需移除生产油管的方法将是非常有益的。

在堵塞中使用传统固井材料如G级水泥(例如OPC：普通波特兰水泥)的主要缺点之一是由于材料的固有收缩，这类材料不能实现气密密封。收缩率通常为约4-6体积％，这造成气体通过由于收缩而产生的微环带迁移。在“补救性二次固井”中使用这类固井材料的缺点在于，通常的晶粒尺寸太大而不能自由地进入微环带，这会影响密封的质量。当在如永久冻土的冷环境中或在存在气体水合物的情况下维修井筒时，由水泥的放热水合作用释放的热量可能存在问题，该问题可以通过在经历相变的添加剂中吸收热量来介导。在这方面，US2010/0116170涉及维修井筒的方法，包含将包含水泥、水和散热材料的组合物放入井筒中，并允许组合物固化，其中至少一部分的散热材料通过吸收水泥水合作用时释放的至少一部分热量而经历相变。使用散热材料的缺点是散热材料的相变取决于水泥的水合作用。水化水泥产生的热量通常会导致温度升高低于50℃。

US2011/0290493涉及用于完成地下井的组合物和方法，具体地说流体组合物和完井操作方法，在完井操作期间将流体组合物泵送到井筒中并与地下岩层接触。用于在地下井中提供流体损失控制的组合物包含工艺流体和颗粒添加剂。添加剂的特征在于颗粒的玻璃化转变温度低于井底温度，并且添加剂的粒径小于1微米。US2011/0290493仅涉及无定形材料的用途，其特征在于其玻璃化转变温度。玻璃化转变温度是本领域技术人员已知的，并且例如描述于“食品与营养研究进展(Advances in Food and Nutrition Research)”,第48卷,第68页,Steve L Taylor编辑,《艾斯维尔(Elsevier)》2004,ISBN:0-12-016448-5中。在该温度下，无定形材料或部分结晶材料的无定形区域发生可逆变化，从粘性或橡胶状态到硬且相对脆的状态，或从硬且相对脆的状态到粘性或橡胶状态。本发明提出了高度结晶的材料，如FT蜡，其经历真实的相变，即固/液相转变，其特征在于熔点温度。