專利名稱：鉆井及固井的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鉆井和固井。
采用由安裝在鉆桿底端的側(cè)旋轉(zhuǎn)鉆頭所組成的旋轉(zhuǎn)鉆井裝置以完成旋轉(zhuǎn)鉆井。當(dāng)向地下旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生井眼時，鉆頭受到重壓。鉆柱是中空的，而且當(dāng)井眼加深時將管狀部件接到鉆柱上以增加其長度，在旋轉(zhuǎn)鉆井時，可以通過旋轉(zhuǎn)鉆柱和/或通過驅(qū)動裝在鉆柱底端的下孔電動機(jī)來使鉆頭轉(zhuǎn)動。
這種旋轉(zhuǎn)鉆井過程產(chǎn)生大量的摩擦，會產(chǎn)生熱量，以及被穿透的巖層的碎塊。巖層碎塊必須從井眼中取出，而且必須使鉆頭冷卻以延長其使用壽命，所有這兩個必要條件可以通過將液體沿鉆柱內(nèi)向下和在鉆桿和井眼之間向上到達(dá)地面的循環(huán)來完成。
一旦井眼已經(jīng)鉆到予想的深度，最好能分隔出井眼所穿過的分離的區(qū)域，地帶或地層。為了能從地層中抽出液體，必須從地面向下在鏜孔內(nèi)插入導(dǎo)管(套管)，并且在套管內(nèi)安裝襯管。
此時必須用一種材料填充套管和井眼壁之間或者襯管和套管之間的環(huán)形區(qū)域，這種材料含將環(huán)形區(qū)密封，并且為套管或襯管提供結(jié)構(gòu)支撐，這通常被稱為固井。
為了獲得良好的固井作業(yè)，必須用水泥漿置換所有來自環(huán)形空間的鉆井泥漿。由于鉆井液和水泥通常不相容，便使置換效率降低了。
未置換的泥漿(固井后仍留在井眼中的泥漿)和泥餅是不能令人滿意的固井作業(yè)的主要原因。由于未置換的泥漿和泥餅不固化或粘結(jié)到套管、井壁或其固化水泥上，泥漿和泥餅不能合適地支撐套管，后者會使環(huán)形空間氣體或液體遷移。
常常用含有油作為內(nèi)乳化相的水基泥漿鉆井。這些泥漿統(tǒng)作乳化泥漿或乳化鉆井液。舉例來說，這些乳化泥漿用以降低鉆具扭矩和摩擦，防止泥包鉆頭。但是，井眼中存油甚至可能進(jìn)一步降低置換效率和以后用傳統(tǒng)的水基波特蘭水泥漿加固。
鉆井業(yè)已試圖克服上述問題，采用了多項(xiàng)技術(shù)用水泥置換鉆井液，例如采用湍流、套管移動(往復(fù)運(yùn)動/旋轉(zhuǎn))、套管設(shè)備(扶正器，引流器，泥餅刮子)和特殊的隔離裝置和洗液，這些僅取得有限的成功。當(dāng)?shù)貌坏搅己玫墓叹僮鲿r，可能需要在高壓下通過往環(huán)形空間打孔的方法打入套管和擠壓水泥，以及填入最初沒有適當(dāng)固井的區(qū)域。通常，這種擠壓加固并不成功，這種失敗可能最終導(dǎo)致放棄打孔。
固井的主要目的之一是在井的環(huán)形空間獲得良好的區(qū)域隔離。通過密封水泥和井壁取得了有效的區(qū)域隔離。水泥和井壁的界面一般是水泥和鉆井液泥餅之間的界面，而泥餅是許多固井問題的來源。如果泥餅硬化，永久粘合到井底界面和水泥上并提供水硬性密封的話，則又可取得很好的區(qū)域隔離。
在油井套管和周圍井眼之間環(huán)形區(qū)的加固已經(jīng)實(shí)施了90年以上。很早以前人們就已經(jīng)認(rèn)識到將環(huán)形空間內(nèi)的鉆井液固化以減少加固套管的費(fèi)用可能是有益的，美國2649 160號和3887009號專利揭示了沿著這一路線人們已經(jīng)進(jìn)行了幾十年的各種努力。然而，盡管這些技術(shù)估計(jì)會能操作，但過去了許多年還沒有達(dá)到商業(yè)化可實(shí)施。美國3499 491號專利說明書描述了在這一方向上的另一種努力，其中在水狀的鉆井液中使用普通水泥(波蘭水泥)以形成泥漿混凝土、然而，普通水泥對水與固體的比值非常敏感。即使在理想條件下，僅僅少量增加固體的時就會導(dǎo)致非常粘稠體。另一方面，僅僅稍微降低一點(diǎn)固體的量就會導(dǎo)致產(chǎn)生一種非常弱的結(jié)構(gòu)的組成，這些問題在試圖在鉆井液中使用普通水泥時會更加嚴(yán)重。因此，當(dāng)這種技術(shù)在商業(yè)上使用，就會產(chǎn)生嚴(yán)重的缺欠。
概括地講，作為膠結(jié)材料的礦渣已在美國專利3557876號專利說明書中予以說明。
本發(fā)明的一個目的是在鉆井中獲取乳化泥漿中存油的利益，而對后序固井沒有不利影響。
本發(fā)明的另一目的是避免鉆井液和用于固井的膠結(jié)料漿之間的相容性問題。
本發(fā)明的又一目的是提供一種鉆井和固井的方法，該方法提供了井眼和套管之間良好的粘結(jié)。
本發(fā)明的再一目的是提供就地凝固乳化泥漿的方法。
本發(fā)明的又一目的是提供可凝固的普通泥餅。
為此目的，本發(fā)明鉆井和固井方法包括以下步驟用水包油型乳化鉆井液鉆孔，由此得到用過的鉆井液;
合并包括水、高爐礦渣和激活劑的諸成分以制備膠結(jié)料漿;
井眼中放入一根管子;
使膠結(jié)料漿向下通過該管子;以及將膠結(jié)料漿向上排入該管子周圍的套管。
在另一方案中，鉆井液含高爐礦渣。
按照本發(fā)明，實(shí)現(xiàn)了油于乳化鉆井液中的改進(jìn)的效益，而且不破壞固井的整體性。
本文所用的術(shù)語“鉆井液”意指水基液體，它還含有至少一種其它添加劑，例如增粘劑、降粘劑、溶鹽、來自鉆探地層的碎宵、提高流體密度用的固體增重劑、抑制鉆井液和地質(zhì)層組之間相互有害作用的地層穩(wěn)定劑和改進(jìn)鉆井液潤滑性用的添加劑。
術(shù)語“膠結(jié)材料”意指高爐礦渣，即與水和/或激活劑摘觸時能硬化或固化成凝固組合物的物料。
術(shù)語“乳化泥漿”意指水基含油鉆井液，其中油是內(nèi)相，水是外相或連續(xù)相。術(shù)語油包括礦物油、柴油、原油、合成油、汽油、植物油或植物和礦物油的酯。該酯可包括非離子或離子洗滌劑。
這里，這種膠結(jié)物料和能使其硬化的單組分或多組分的料漿稱作“膠結(jié)料漿”。
本文所用的術(shù)語“通用液體”代表那些含高爐礦渣的乳化泥漿組合物，這些組合物適宜用作鉆井液，而且為了實(shí)施本發(fā)明，這些組合物含有另外的高爐礦渣和/或激活劑，例如為得到膠結(jié)料漿而加入的促凝劑。
術(shù)語“管子”意指套管或襯管。
術(shù)語“固井”指的是任何固井操作，其中將膠結(jié)料漿通入管子周圍的環(huán)形空間，因此，包括套管注水泥(其中環(huán)形空間介于套管和井壁之間)和襯管注水泥(其中環(huán)形空間介于襯管和套管之間)。
本發(fā)明還包括一種鉆井和固井方法，包括使粒徑2000-15000cm2/g的高爐礦渣與水包油型乳化鉆井液合并，其中高滬礦渣的含量為每立方米鉆井液加高爐礦渣2.8-280公斤。
在固井操作中用鉆井液來鉆出井眼并得到用過的鉆井液;
使另外的高爐礦渣和激活劑與用過的鉆井液混合以制備出膠結(jié)料漿;
在井眼中放入一根管子;
使膠結(jié)料漿向下通過該管子;以及使膠結(jié)料漿向上排入管子周圍的環(huán)形空間。
本發(fā)明還包括一種鉆井和固井的方法，包括以下步驟用水包油型乳化鉆井液鉆出井眼，由此得到用過的鉆井液;
使高爐礦渣和加速劑與一部分用過的鉆井液合并以制備膠結(jié)料漿;
在井眼中放一根管子;
使膠結(jié)料漿向下通入該管子;以及使膠結(jié)料漿向上排入該管子周圍的環(huán)形空間。
鉆井是采用傳統(tǒng)的乳化鉆井液或利用上述普通鉆井液進(jìn)行的。
一般來說，在用普通鉆井液的實(shí)施方案中，為得到用于本發(fā)明的普通鉆井液而加入了膠結(jié)材料(高爐礦渣)的原料是常用鉆井液。
水基鉆井液有時最好使用含水溶鹽，特別是氯化鈉。在此情況下，可使用0.1-26wt%、優(yōu)選3-10wt%氯化鈉、一種合適的物源是用海水或模擬海水的鹽水溶液。特別是在使用礦渣的實(shí)施方案中，從波特蘭水泥不耐鹽水考慮，與預(yù)期的相反，所得水泥的強(qiáng)度實(shí)際上提高了。不同的鹽，優(yōu)選有機(jī)鹽適用于本發(fā)明用的鉆井液，除了(或代替)NaCl之外，包括但不局限于NaBr、KCl、CaCl2、NaNO3、NaC2H3O2、KC2H3O2、NaCHO2和KCHO2，其中如上所述，優(yōu)選氯化鈉。如果需要，在所用條件下，這些鹽的用量可達(dá)到其飽和點(diǎn)。
為形成普通鉆井液而加入膠結(jié)物料的典型鉆井液配方如下10-20wt%鹽，23-28kg/m3膨潤土，11-17kg/m3羧甲基淀粉(防濾失劑)由MiLpark Drilling Fluids公司以商品名“BIOLOSE”銷售，1-3kg/m3部分水解的聚酰胺(PHPA)(頁巖穩(wěn)定劑)，由Milpark Drilling Fluids公司以商品名“NEWDRIL”銷售，3-4kg/m3CMC，由MiLpark Drilling Fluids公司以“MILPAC”銷售，85-200kg/m3鉆屑和0-715kg/m3重晶石。
以鉆井液總體積計(jì)，油在鉆井液中的普通含量為0.1-10、優(yōu)選1.5-7、更優(yōu)選2-7%(體積)。
因此，普通鉆井液使這樣一種鉆井和固井方法成為可能，該方法包括混合乳化鉆井液和高爐礦渣制備普通鉆井液;用該普通鉆井液鉆井眼且在鉆井過程中使可沉降泥餅沉淀在井壁上;加入另外的高爐礦渣和/或激活劑并將由此形成的膠結(jié)料漿引入井眼和引入環(huán)繞管子的環(huán)形空間中，在此，料漿硬化并固化與泥餅形成良化的固結(jié)，泥餅本身實(shí)際上隨時間而硬化，因?yàn)槠渲写嬖谀z結(jié)物料。任何促凝劑都可促進(jìn)這種硬化，這類促凝劑可存在于膠結(jié)料漿中并通過控散和/或過濾遷移到濾餅中。
由于鉆井液成為最后膠結(jié)料漿的一部分，極大地減少了必須處理的用過的鉆井液的量。
在本發(fā)明的另一方案中，大部分或全部鉆井液組分經(jīng)過選擇，以便它們在膠結(jié)物料中也具有一種功用。以下表1和表2說明了這類鉆井液配方和膠結(jié)料漿的獨(dú)特性。
表1
鉆井液中添加劑的作用情報(bào)添加劑 基本作用 輔助作用合成聚合物1控制失水量淀粉2控制失水量控制粘度生物聚合物3控制粘度硅酸鹽 控制粘度 頁巖穩(wěn)定劑碳水化合物聚合物4反絮凝劑重晶石5控制密度膨潤土6控制失水量粘土/石英灰7-- --礦渣8鉆屑穩(wěn)定劑 --石灰9頁巖穩(wěn)定劑控制堿性PECP10鉆屑/井眼穩(wěn)定劑控制失水量NaCl 頁巖穩(wěn)定劑 -油 潤滑劑 抗泥包表2膠結(jié)料漿中添加劑的作用情報(bào)添加劑 基本作用 輔助作用合成聚合物1控制失水量緩凝劑淀粉2控制失水量緩凝劑生物聚合物3控制粘度緩凝劑硅酸鹽 促凝劑 ---碳水化合物聚合物4緩凝劑反絮凝劑重晶石5控制密度控制碎屑濃度膨潤土6控制失水量控制碎屑濃度粘土/石英灰7控制碎屑濃度礦渣8控制膠結(jié)濃度碎屑石灰9控制促凝劑濃度碎屑PECP10緩凝劑控制流變性NaCl -- --油 -- --1.由SKW化學(xué)有限公司生產(chǎn)的合成聚合物，例如商品名“POLYDRILL”。
2.由Milpark有限公司生產(chǎn)的淀粉，例如商品名“PERMALOSE”。
3.“BIOZAN”，例如由Kelco Oil Field Group有限公司生產(chǎn)的生物聚合物。
4.由Grain Processing公司生產(chǎn)的水溶性碳水化合物聚合物，例如商品名“MOR-REX”。
5.重晶石是BaSO4，一種鉆井液加重劑。
6.膨潤土是粘土或膠態(tài)粘土增稠劑。
7.由Milwhite公司生產(chǎn)的粘土/石英固體灰，例如商品名“REVDUST”。
8.由Blue Circle Cement公司生產(chǎn)的商品名為“NEWCEM”的高爐礦渣比較合適。
9.CaO10.按美國專利5058679說明為多環(huán)聚醚多醇。
用于本發(fā)明的優(yōu)選高爐礦渣是通過將1400℃-1600℃礦渣熔流通過與大體積的水緊密接觸迅速急冷而得到的高玻璃含量礦渣。急冷使熔流轉(zhuǎn)變成呈水硬性玻璃態(tài)的物料。在此階段，它一般是顆粒物，容易研磨成所需細(xì)度。二氧化硅、氧化鋁、氧化鉀和硫是礦渣中某些組分。最好，用于本發(fā)明的高爐礦渣具有這樣的粒徑，以便其比表面為2000cm2/g-15000cm2/g，優(yōu)選3000cm2/g-15000cm2/g，更優(yōu)選4000cm2/g-9000cm2/g，最佳4000cm2/g-8500cm2/g。在每種情況下，比表面積或表面積是Blaine比表面。滿足這些要求的可利用的高爐礦渣由Blue Circle Cement Company以商品名“NEWCEM”出售。這種礦渣得自Bethlehem Steel Corporation高爐(Sparrous Point，Maryland)。
一般高爐礦渣組成(wt%)如下SiO2，30-40;Al2O3，8-18;CaO，35-50;MgO，0-15;氧化鐵，0-1;S，0-2和氧化鎂0-2。典型的具體例子是SiO2，36.4;Al2O316.0;CaO，43.3;MgO，3.5氧化鐵，0.3;S，0.5;以及氧化鎂，＜0.1。
常常需要粒徑較小的高爐礦渣，因?yàn)樵谠S多情況下它賦予最后水泥的強(qiáng)度較大。鑒于粒徑的特性，術(shù)語“細(xì)的”可用于描述表面積為4000-7000cm2/g的顆粒，相當(dāng)于粒徑為16-31微米;“微細(xì)的”可用于描述比表面為7000-10000cm2/g的顆粒，相當(dāng)于粒徑為5.5-16微米;“超細(xì)的”可用于描述比表面超過10000cm2/g的顆粒，相當(dāng)于粒徑為5.5微米或更大。小粒徑高爐礦渣可從Blue Circle Cement Co，Koch Industries，Tulsa，Oklahoma以商品“MI-CROFINE MC100”買到。
但是，要把高爐礦渣研磨到這樣的粒徑耗時很大。把高爐礦渣磨到顆粒尺寸完全一樣是不可能的。因此，任何研磨操作都會得到多分散性的粒徑分布。粒徑對具有該尺寸顆粒百分?jǐn)?shù)的曲線由此會得到顯示出該粒徑分布的曲線圖。
按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，使用了在粒徑對該尺寸顆粒百分?jǐn)?shù)的曲線上顯示出至少兩個交點(diǎn)的多分散性粒徑分布的高爐礦渣。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，如果僅一部分顆粒呈超細(xì)種類，則剩下的(確實(shí)是主要部分)的礦渣可研磨的更粗，仍可得到與從所有高爐礦渣更廉價(jià)地研磨成超細(xì)狀態(tài)得到基本上相同的結(jié)果。例如，能使至少5%其顆粒尺寸在1.9-5.5微米的研磨法在經(jīng)濟(jì)和效率方面都特別有利。更優(yōu)選的是6-25wt%粒徑在1.9-5.5之間。獲得這種組成的最直接的方法簡單地為將微量高爐礦渣研磨到超細(xì)狀態(tài)并在不太苛刻的條件下將所得粉末與碎礦渣混合。即使不太苛刻的條件，也會得到細(xì)的、微細(xì)的或超細(xì)水平的一些顆粒。因此，僅需要將小部分(即低至4wt%)礦渣研磨到超細(xì)粒徑。一般來說，5-25wt%、優(yōu)選5-10wt%可磨到超細(xì)顆粒尺寸，剩下的普通方式研磨，由此得到的顆粒尺寸一般高于11微米，大多數(shù)為11-31微米。
合適的激活劑包括氫氧化鉀、碳酸鋰、硅酸鈉、氟化鈉、硅氟化鈉、氫氧化鎂、氧化鎂、硅氟化鎂、碳酸鋅、硅氟化鋅、氧化鋅、碳酸鈉、硫酸鉀、氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸鉀、亞硝酸鉀、硝酸鉀、氫氧化鈣、硫酸鈉、硫酸銅、氧化鈣、硫酸鈣、硝酸鈣、亞硝酸鈣及其混合物。優(yōu)選苛性蘇打(氫氧化鈉)和蘇打灰(碳酸鈉)的混合物，因其效率高且易得。當(dāng)采用堿試劑如苛性蘇打和蘇打灰的混合物時，比例可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)變化，因?yàn)槊糠N物質(zhì)單獨(dú)都起著促凝劑的作用。優(yōu)選使用約3-57kg/m3苛性蘇打，更優(yōu)選6-18kg/m3苛性蘇打，同時一起使用6-143kg/m3、優(yōu)選6-60kg/m3蘇打灰。
在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，對于普通鉆井液，優(yōu)選順序是制備含待使用的全部礦渣中一部分的鉆井液，進(jìn)行鉆井操作，稀釋鉆井液，加入剩下的礦渣，加入促凝劑并采用為其目的用途的注水泥，例如注水泥牢固套管。
一般來說，用過的普通鉆井液將被稀釋，形成膠結(jié)料漿時加入更多的膠結(jié)材料以及反應(yīng)性第二組分。為了控制密度和最終膠結(jié)料漿的流變性，一般需要稀釋鉆井液。稀釋量依所需應(yīng)用的不同可在很寬范圍內(nèi)變化。一般來說，鉆井液被稀釋到每體積起始鉆井液5-200%、優(yōu)選5-100、更優(yōu)選5-50%(體積)(在水基鉆井液的情況為水)。在一特別優(yōu)選的方案中，如此稀釋，即對于加入膠結(jié)組分(或在普通鉆井液中加入剩下的膠結(jié)組分的情況下)，最終密度為起始密度的30%以下和70%以上，優(yōu)選15%以下和25%以上，最優(yōu)選基本上相同，即不超過±5wt%。在需要防止井噴的壓力和進(jìn)行鉆探碎裂或破裂地層用的壓力之間差別很小的情況下，這在操作中特別有價(jià)值。
稀釋液可與起始制備鉆井液用的相同或不同。就含鹽水的鉆井液而言，稀釋液一般也是鹽水。這在近海鉆井中特別有利，在近海鉆井中淡水不易得到，但鹽水豐富。
最好，通過往用過的流動的鉆井液流中加入稀釋液，然后加入另外的成分，以“飛散”形式進(jìn)行稀釋。
在某些情況下，最好順序?qū)⒅T成分加入鉆井液。例如，對用礦渣作膠結(jié)組分來說，可能最好先加入和混合降粘劑和/或緩凝劑和激活劑，然后加入礦渣。如果為得到觸變性在鉆井液中使用混合的金屬氫氧化物，則這種順序特別正確?；旌系慕饘贇浠c提供了良好的固體懸浮性。這與本發(fā)明的技術(shù)中提供的可沉降泥餅結(jié)合使用極大地改善了在有限環(huán)形空間中的膠結(jié)性。在含有諸如鈉膨潤土粘土的鉆井液中，混合的金屬氫氧化物特別有效。以此方式增稠的優(yōu)選系統(tǒng)含有3-57kg/m3粘土，例如膨潤土、優(yōu)選6-43kg/m3，最佳20-34kg/m3?；旌系氖医饘贇溲趸c一般用量為每立方米總的鉆井液0.3-6千克，優(yōu)選0.3-4千克，最佳2-4千克。在本技術(shù)領(lǐng)域，混合的金屬氫氧化物是已知的，為含三價(jià)金屬氫氧化物的組合物，例如MgAl(OH)4.7Cl0.3。它們基本滿足以下通式LimDdT(OH)(m+2d+3+na)Ana其中m代表所含的Li離子數(shù);其值為0-1，D代表二價(jià)金屬離子;
d代表D離子量，其值為0-約4;
T代表三價(jià)金屬離子;
A代表不為OH-的價(jià)態(tài)為n的單價(jià)或多價(jià)陰離子，a為A1陰離子量;且(m+2d+3+na)等于或高于3。
更詳細(xì)的說明可見美國專利4664843。
鉆井液中的混合的金屬氫氧化物與高爐礦渣結(jié)合往往在較短時間內(nèi)(即約半小時)，在低至38℃成為強(qiáng)度相當(dāng)大的水泥。這在某些應(yīng)用中很有利。在這樣的情況下，在加入爐渣之前最好加入降粘劑，例如木質(zhì)素磺酸鹽。但是，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)之一是其能減少或消除對于控制游離水或固體懸浮液用的添加劑的需要。在加入另外的高爐礦渣之前或之后，加入一種或多種激化劑。
在某些場合，可能希望與激活劑一起使用特別有效果的物質(zhì)，即使這種物質(zhì)也可能起著緩凝劑的作用。例如，可與激活劑一起使用木質(zhì)素磺酸鉻，即使它也起著緩凝劑的作用。
其它合適的降粘劑有無鉻木質(zhì)素磺酸鹽、褐煤、磺化褐煤、磺化苯乙烯馬來酐、磺甲基化腐殖酸、磺酸萘、聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯共混合物、丙烯酰胺丙烯酸共聚物、磺酸苯酚、磺酸十二烷基苯以及它們的混合物。
在普通鉆井液中礦渣含量一般為每立方米最終鉆井液3-300kg，優(yōu)選30-240kg，最佳60-150kg。
膠結(jié)物料在膠結(jié)料漿中的總含量一般為約60-約1700kg/m3、優(yōu)選290-1450kg/m3、最佳450-1000kg/m3。
可加入的常用添加劑有促凝劑、緩凝劑以及其它已知的膠結(jié)料組分。
在鉆井液中存在的合適的降失水劑有膨潤土粘土、羧甲基化淀粉、淀粉、羧甲基纖維素、合成樹脂，例如由SKW Chemicals公司出售的“POLYDRILL”、磺化褐煤、褐煤、木質(zhì)素、或單寧酸化合物。增重物的例子有重晶石、碳酸鈣、赤鐵礦和MgO。用于鉆井液的頁巖穩(wěn)定劑包括水解聚丙烯腈，部分水解的聚酰胺、包括NaCl、HCl、甲酸鈉或鉀、乙酸鈉或鉀在內(nèi)的鹽、多醚和多環(huán)和/或多醇、可使用增稠添加劑，例如生物聚合物、淀粉、坡縷石和海泡石。也可使用降低扭矩的添加劑。依泥漿種類和泥漿重量的不同，也可以使用合適的降粘劑，例如含鉻和無鉻的木質(zhì)磺酸鹽、磺化苯乙烯馬來酐和聚丙烯酸酯。潤滑添加劑的例子有離子和非離子型洗滌劑以及用于使乳化鉆井液磨爾化的油(柴油、礦物油、植物油、合成油)。
用例如KOH、NaOH或CaO可以控制堿性。另外，在典型鉆井液中，也可含有其它添加劑，例如緩蝕劑、堅(jiān)果殼等等。當(dāng)然，在典型泥漿中可含有包括石英和粘土礦(蒙脫石，伊利石，綠泥石，高嶺土等等)之類的物質(zhì)在內(nèi)的鉆屑。
在本發(fā)明又一方案中，用普通鉆井液按上述方法進(jìn)行鉆井工藝，以得到穿過若干地層的井眼，由此沉淀出泥餅。在固井作業(yè)之前，通入激活劑與泥餅接觸，例如激活劑向下經(jīng)過鉆柱且向上經(jīng)過鉆柱和泥餅之間的環(huán)形空間進(jìn)行循環(huán)。也可以除去鉆柱并插入套管，再將激活劑向下經(jīng)過套管和向上經(jīng)過環(huán)形空間進(jìn)行循環(huán)。這里有關(guān)鉆柱或套管所用的術(shù)語“向下”意指朝著井眼最遠(yuǎn)端的方向，即使少數(shù)情況下，井眼可水平排布。類似地，“向上”意指朝著井眼起始端的方向。最好使用鉆柱進(jìn)行循環(huán)，這是本發(fā)明該實(shí)施方案的有利一面，這樣，泥餅可以“固定”在封堵氣區(qū)(失水)或切斷損耗的循環(huán)，以便保持鉆探而不必除去鉆柱和下入另一套管柱。這還可用于穩(wěn)定容易洗出的區(qū)域(鹽區(qū)，例如其中鹽溶于水)或其它不穩(wěn)定區(qū)。鉆探完畢，除去鉆柱，并按前述方法固井。這可通過循環(huán)單獨(dú)的含激化劑的鉆井液或?qū)⒓せ顒?如前述堿)加到鉆井液中來實(shí)現(xiàn)。
在前述順序中可使用常用的隔離液。而且，任何含激活劑的鉆井液中的殘留物可通過后面的鉆井液和/或隔離液從井眼中排掉。
按照本發(fā)明進(jìn)行固井，不必用通常使用的隔離液或巖塞。水泥膠結(jié)料漿可直接與置換液如海水接觸而被置換。
在該方案中(其中泥餅被“固化”)，激活劑可以是任何前述堿性激活劑，例如氫氧化鈉和硫酸鈉的混合物。
以下參考實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。
實(shí)施例1表明了產(chǎn)生乳化泥漿的存油對泥漿特性沒有不利影響，加入水硬性材料、高爐礦渣和激活劑時，所得水泥當(dāng)用乳化液制得時其抗壓強(qiáng)度與用無油泥漿制得的抗壓強(qiáng)度基本相同。對兩種鉆井液配方進(jìn)行試驗(yàn)，配方1不含油，配方2確實(shí)含油，對各鉆井液配方測試兩種水泥組合物。下表3示出了組合物和結(jié)果。
表3實(shí)施例1的試驗(yàn)結(jié)果鉆井液 配方1 配方2海水/NaCl(90%/10%)(ml) 263.8 263.8膨潤土1(g) 20.0 20.0Rev Dust2(g) 25.0 25.0MOR-REX3(g) 1.5 1.5石灰(g) 4.0 4.0重晶石4(g) 158.6 158.6Biozan5(g) 1.5 1.5Permalose6(g) 6.0 6.0Polydrill7(g) 6.0 6.0多羥基化合物8(g) 36.9 36.9礦物油%(V/V) - 3.0塑性粘度(mPa.s) 40 43屈服點(diǎn)(Pa) 12 1110分鐘凝膠(Pa) 5.3 5.8第一種水泥配方NEWCEM9(kg/m3) 570 570KOH(kg/m3) 14 14碳酸鈉(kg/m3) 14 1465℃48小時后單軸抗壓強(qiáng)度(MPa) 7.7 7.8
第二種水泥配方NEWCEM9(kg/m3) 143 143KOH(kg/m3) 14 14碳酸鈉(kg/m3) 14 1465℃48小時后單軸抗壓強(qiáng)度 0.9 0.81.膨潤土是粘土或膠體粘土增粘劑。
2.Rev Dust是由Milwhite Corp生產(chǎn)的粘土/石英固體粉的商品名。
3.MOR-REX是由Grain Processing Company生產(chǎn)的水溶性碳水化合物聚合物的商品名。
4.重晶石是BaSO4，一種鉆井液增重物。
5.Biozan是一種由Kelco Oil Field Group，InC.生產(chǎn)的生物聚合物。
6.Permalose是由Milpark，InC.生產(chǎn)的商品名。
7.Polydrill是由SKW Chemicals InC.生產(chǎn)的合成聚合物的商品名。
8.多羥基化合物是PECP。
9.由Blue Circle Cement公司以商品名NEWCEM出售的約5500比表面積的高爐礦渣的商品名。
表4中實(shí)施例2的數(shù)據(jù)表明了在不同泥漿中產(chǎn)生乳化泥漿的存油對泥漿特性不產(chǎn)生不利影響的相同指標(biāo)。配方4和5的比較表明與用無油泥漿制得的水泥相比，用乳化液制得的水泥獲得了可比的抗壓強(qiáng)度。這些配方不含有激活劑，因此，固化得相當(dāng)慢。當(dāng)然，無高爐礦渣的配方不形成水泥。
表4實(shí)施例2的鉆井液配方組成和結(jié)果來自油田的20%NaCl/PHPA 配方3 配方4 配方5泥漿礦物油(%v/v) - - 3塑性粘度(mPa.s) 30 35 38屈服點(diǎn)(Pa) 4.8 7.2 8.110秒凝膠(Pa) 1.4 1.9 2.410秒凝膠(Pa) 5.3 3.8 4.3NEWCEM1(kg/m3) - 114 114HPHT293℃ 12.8 16.4 15.265℃28天后單軸抗壓強(qiáng)度 0 0.72 0.661.由Blue Circle Cement公司以商品名NEWCEM出售的約5500比表面積的高爐礦渣的商品名2.高溫高壓失水量盡管為了說明的目的詳細(xì)介紹了本發(fā)明，但并不是旨在限定本發(fā)明，而只是要在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下包括所有改變的改型。
權(quán)利要求
1.一種鉆井和固井的方法，包括以下步驟用水包油型乳化鉆井液鉆井眼，由此得到用過的鉆井液；合并包括水、高滬礦渣和激活劑的諸成分以制備膠結(jié)料漿；井眼中放入一根管子；將膠結(jié)料漿向下通過該管子；以及將膠結(jié)料向上排入管子周圍的環(huán)形空間中。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其中膠結(jié)料漿的水中含有溶鹽。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其中膠結(jié)料漿的水是海水。
4.按照權(quán)利要求1的方法，其中5-25wt.%的高爐礦渣具有超細(xì)粒徑。
5.按照權(quán)利要求1的方法，其中膠結(jié)料漿含水，激活劑是氫氧化鈉和碳酸鈉的混合物，且5-25wt%的高爐礦渣具有超細(xì)粒徑。
6.按照權(quán)利要求1的方法，其中激活劑是氫氧化鈉和碳酸鈉的混合物，氫氧化鈉的用量為6-18kg/m3且碳酸鈉的用量為6-60kg/m3，其中膠結(jié)料漿含有430-1000kg/m3的膠結(jié)材料。
7.按照權(quán)利要求1的方法，其中油是礦物油，以鉆井液的體積計(jì)，其含量為0.1-10%(體積)。
8.一種鉆井和固井方法，包括以下步驟混合粒徑為2000-15000cm2/g的高爐礦渣與水包油型乳化鉆井液，其中高爐礦渣的含量為每立方米的鉆井液加高爐礦渣28-280kg;將鉆井液用于鉆井操作來鉆井眼并得到用過的鉆井液;將另外的高爐礦渣和激活劑與用過的鉆井液合并以得到膠結(jié)漿料;在井眼中放入一根管子;將膠結(jié)料漿向下通過管子;以及將膠結(jié)料漿向上排入管子周圍的環(huán)型空間中。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其中激活劑是氫氧化鈉和碳酸鈉的混合物，且置換液包括海水。
10.按照權(quán)利要求9的方法，其中以鉆井液的體積計(jì)，油含量為2-4%(體積)。
11.按照權(quán)利要求8的方法，其中最后的膠結(jié)料漿含有430-1000kg/m3的高爐礦渣。
12.一種鉆井和固井的方法，包括以下步驟用水包油型乳化鉆井液鉆井眼，由此得到用過和鉆井液;將高爐礦渣和激活劑與一部分用過的鉆井液合并以得到膠結(jié)料漿;在井眼中放入一根管子;將膠結(jié)料漿向上通過該管子，以及將膠結(jié)的料漿向上排入管子周圍的環(huán)形空間中。
13.按照權(quán)利要求12的方法，其中鉆井液中的水中含有水跟溶鹽。
14.按照權(quán)利要求13的方法，其中鉆井液的水是海水。
15.按照權(quán)利要求12的方法，其中5-25wt%的高爐礦渣具有超細(xì)粒徑。
16.按照權(quán)利要求12的方法，其中鉆井液含鹽水，激活劑是氫氧化鈉和碳酸鈉的混合物，且5-25wt%高爐礦渣具有超細(xì)粒徑。
17.按照權(quán)利要求12的方法，其中油含量以鉆井液的體積計(jì)為0.1-10%(體積)。
18.按照權(quán)利要求12的方法，其中油含量以鉆井液的體積計(jì)為1.5-7%(體積)。
19.按照權(quán)利要求12的方法，其中油是礦物油，且以鉆井液的體積計(jì)，其含量為2-4%(體積)。
全文摘要
用任意選含高爐礦渣的水包油型乳化鉆井液鉆井，然后將含有高爐礦渣和激活劑體系的相容膠結(jié)料漿引入井眼并向上排入環(huán)形空間。一般來說，膠結(jié)料漿的制備是通過加入另外的高爐礦渣和激活劑，例如氫氧化鈉/碳酸鈉混合物于用過的鉆井液中進(jìn)行的。
文檔編號C09K8/26GK1086577SQ9311917
公開日1994年5月11日 申請日期1993年10月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年10月22日
發(fā)明者A·H·哈爾, K·M·科萬, J·J·W·鈉牧 申請人:國際殼牌研究有限公司