[发明专利]固井组合物用二氧化硅系添加剂、固井组合物及固井方法

说明书

本发明的课题是提供即使在150℃以上的高温环境下也可以抑制从水泥浆产生游离水的添加剂。解决手段是一种二氧化硅系添加剂、以及含有该二氧化硅系添加剂的固井用水泥浆，上述二氧化硅系添加剂是在油田和气田的固井用水泥浆中，在100℃以上、特别是150℃以上且300℃以下的高温/高压环境下抑制游离水的二氧化硅系添加剂，其包含水性二氧化硅溶胶，上述水性二氧化硅溶胶含有具有2.15g/cm³以上且小于2.30g/cm³的真密度的纳米二氧化硅粒子。

技术领域

本发明涉及在处于高温/高压的环境的油田和气田的领域的坑井挖掘时所使用的固井用水泥浆中，抑制从该浆产生游离水从而实现优异的流动性和强度的水泥浆用的二氧化硅系添加剂。

背景技术

对于油田、气田等坑井挖掘，在完井时，为了在坑井内作为内框而插入的套管的固定、增强、防止腐蚀、以及防止地污水向坑井内流入，实施在套管与地层(坑壁)之间的空隙(有时也称为环状的间隙：annulas(环)等)中注入水泥浆的固井作业。所谓固井，是指在坑井内的各种位置、或壳体内/外应用以包含水泥和水或添加剂的溶解水制作的水泥浆，区分为初次和二次固井。初次固井如上述那样是指在壳体下降后在壳体环部(外侧)中填充水泥的固井，在通常套管(casing)时必定实施。此外二次固井为之后的二次的固井，是指根据需要局部实施的固井。

油田、气田等坑井挖掘重复实施采用钻头(钻孔用具)的挖掘作业和上述固井作业，随着油井变深，作业现场的温度上升，压力也上升。近年来，挖掘技术提高，进行深度500～1000m以上的深层的油田和气田层的挖掘，要求即使在高温/高压环境下也能够固井的水泥浆的设计。此外近年来，可以将油田和气田层的生产层水平掘进而增加生产量的、水平坑井的频率增加。水平坑井与以往的垂直井、倾斜井不同，需要注意挖掘中的泥水性状、固井所使用的水泥浆设计。

固井用水泥浆根据上述那样的坑井条件来设计，除了水泥和水以外，加入水泥快速硬化剂、水泥延迟硬化剂、低比重集料、高比重集料、水泥分散剂、水泥脱水调节剂、水泥强度稳定剂、防逸泥剂等添加剂而调制。

此外固井所使用的水泥(也称为油井水泥、地热井水泥等)具有与一般结构用的水泥不同的要求性能，例如要求即使在高温/高压下也具备浆流动性、强度表现性这样的施工性和耐久性。

作为考虑了这样的要求性能的标准，在API标准(American Petroleum Institute(美国石油协会)规定的与石油有关的标准)中，各种油井水泥按级别/按耐硫酸盐被规定，其中G级水泥为作为油井挖掘用而最常用的水泥。

然而，即使满足上述API标准，在高温和高压的环境下，从水泥浆的游离水的产生量也增大，其结果，具有损害水泥浆的流动性、水泥强度这样的问题，要求即使在上述坑井环境下也可以抑制产生游离水的手段。

迄今为止，作为抑制从水泥浆产生游离水的添加剂，具有使用了粒径为3～20nm左右的水性二氧化硅溶胶、ABS树脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚树脂)、ASA树脂(丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚树脂)等聚合物的提案。

例如作为通过胶态二氧化硅(二氧化硅溶胶)的添加，来实现抑制从水泥浆的游离水的提案，在专利文献1中公开了相对于水泥的干燥重量以约1～约30％的比例添加了比表面积为约50m²/g～1000m²/g的胶态二氧化硅的水泥浆。公开了该浆在25～91℃下进行了调浆(规定温度下的养护)后的游离水为0％～3.2％这点。

在专利文献2中公开了含有水硬性粘合剂、水和含有0.05～3wt％的Al₂O₃的铝改性胶体二氧化硅的建筑材料(道路、隧道、桥、建筑物、坑井水泥粘着等)。在该文献中公开了含有比表面积为80～900m²/g的铝改性胶体二氧化硅的水泥浆为具有良好的流动性，且游离水实质上为零的浆这点(其中没有公开温度条件)。