[发明专利]低波特兰二氧化硅-石灰水泥

说明书

提供了井筒固井方法。一种固井方法可包括：计算水泥组合物的两种或更多种胶结组分的石灰与二氧化硅的相关性；以及调节所述胶结组分中的至少一种胶结组分的浓度，使得所述石灰与二氧化硅的相关性满足或超过目标。

背景技术

在固井(诸如井施工和补救固井)中，通常利用水泥组合物。水泥组合物可在多种地下应用中使用。例如，在地下井施工中，管柱(例如，套管、衬管、膨胀管等)可伸入井筒中并且用水泥固定在适当位置。将管柱用水泥固定在适当位置的方法通常称为“初次注水泥”。在典型的初次注水泥方法中，水泥组合物可被泵送入井筒的壁与设置在井筒中的管柱的外表面之间的环带中。水泥组合物可在环状空间中凝固，由此形成具有硬化的、大致上不可透水泥的环状护套(即，水泥护套)，所述环状护套可将管柱支撑并定位在井筒中并且可将管柱的外表面粘结到地下地层。尤其，围绕管柱的水泥护套可起作用以防止环带中流体的迁移，以及保护管柱不受腐蚀。水泥组合物还可用于补救固井方法中，例如用于密封管柱或水泥护套中的裂痕或孔洞，用于密封高渗透地层区域或断口，用于放置水泥塞等等。

固井中的特定挑战是在放置在地下地层中之后的合理时间段内在水泥组合物中发展出令人满意的机械性能。将火山灰与波特兰水泥共混是一种节省浆料成本的已知技术。然而，由于诸如火山灰的反应性不足等因素，被火山灰替代的波特兰的量可以限制于约40-50％。选择水泥组合物组分的过程通常通过最佳猜测方法完成，该最佳猜测方法通过利用先前的浆料并对所述先前的浆料进行改性直至达到满意的溶液来进行。在任何一个特定区域中可用的胶结组分可以与另一个区域中可用的胶结组分在组成方面不同，从而使选择正确浆料的过程进一步复杂化。该过程可能是耗时的并且所得浆料可能不是最便宜的浆料。

附图说明

这些附图图示本发明的一些实施方案的特定方面，且应不用于限制或界定本发明。

图1是用于分析胶结组分的示例系统的示意图。

图2是用于产生水泥组合物的示例性系统的示意图。

图3是示出将水泥组合物引入井筒中的示意图。

具体实施方式

本公开可总体涉及固井方法和系统。本文提供的方法可包括设计水泥组合物，所述设计考虑每种胶结组分的物理化学性质，并且通过确定石灰与二氧化硅的比率以提供所需的水泥性质来改善所述水泥组合物设计。具体地，所述物理化学性质可包括每种胶结组分的矿物组成。胶结组分可影响水泥组合物的最终凝固机械性质，以及动态或基于时间的性质，诸如可混合性、流变性、粘度等。每种胶结组分都可能影响所提到的性质中的一种或多种性质。

在先前的基于波特兰水泥的水泥组合物设计中，可以添加二氧化硅源作为填料以降低成本，而无需考虑材料的反应性。当与波特兰水泥的反应性相比较时，二氧化硅源(例如，火山灰)可以是相对不反应的或惰性的。本文公开的水泥组合物设计过程可包括将相对不反应的二氧化硅源转变成相对更具反应性的组分，以增加组合物的整体机械性质。通过控制组合物中可用于与二氧化硅源反应的石灰的量，可以增大二氧化硅源的反应性。如本文所公开的水泥组合物通常可归类为合成波特兰水泥组合物。尽管本文所公开的水泥组合物可能与波特兰水泥的氧化物浓度不匹配，但是水泥组合物可满足或超过基于波特兰水泥的水泥组合物的机械性质。

水泥组合物通常可包含水、波特兰水泥、二氧化硅源，以及石灰。水泥组合物可包含适合于特定应用的密度。水泥组合物可具有任何合适的密度，包括但不限于在约8磅/加仑(“ppg”)至约16ppg(1g/cm³至1.9g/cm³)的范围内。在经发泡的示例中，发泡的水泥组合物的密度可以在约8ppg至约13ppg(1g/cm³至1.6g/cm³)(或甚至更低)的范围内。水泥组合物可包括减小它们的密度的其它手段，诸如空心微球、低密度弹性珠或本领域中已知的其它密度减小添加剂。受益于本公开的本领域一般技术人员应了解针对特定应用的适当密度。