[发明专利]用于粘固地下钻孔的干水泥配制剂

说明书

本申请是申请号为200780042652.X的发明专利申请的分案申请，原申请的申请日为2007年11月15日，发明名称为“用于粘固地下钻孔的干水泥配制剂”。

技术领域

本发明涉及用于粘固地下钻孔的干水泥配制剂，该配制剂含有水再分散性分散体粉末，以及涉及该干水泥配制剂的用途。此外，本发明涉及在水泥浆中的水再分散性分散体粉末在粘固地下钻孔方面的特定用途。

发明背景

特别是对于油气生产，要钻出地下钻孔。在近代，它们还日益应用于开发地热。钻孔深度可具有非常大地变化并且可以为约100m至5,000m以上。钻穿层因此可具有最大变化的性质并且通常包含从基岩到较软的含水层到多孔岩石复合物的全部。此外，也可在海水下面以及在具有永冻土的北极地区钻出这类地下钻孔。此外，通常当钻到1,00米以上时，产生高温和高压。

特别是在油气生产中，通常将管式的钢制壳体插入钻孔中，所述壳体由置于岩层和插入的钢制壳体之间的水泥基配制剂固定。就此而言，尤其使用术语“油井粘固”。其是指包括任意类型的与油气井及其生产有关的粘固的通称。

总之，伴随每种情况下的不同需求，存在大量极不相同的应用。为此使用的水泥配制剂在油井粘固方面由此可具有完全不同的组成。这些尤其取决于岩层，以及取决于相应的主要温度和压力。

因此例如在钻井表层上，通常在钢管周围施加另外所谓的表层套管，其同样由水泥类混合物固定。在所谓的“初次粘固(primary cementing)”情况下，插入的钢套管在地下钻孔钻制期间固定或之后立即固定。当将已有的地下钻孔封堵时使用术语“挤水泥(squeeze cementing)”，而术语“注水泥回堵(plug-back cementing)”是指在结束石油开采以后将钻井造壁(walling off)并封堵。

为了满足不同要求，美国石油学会(API)规定了九种不同类型的水泥(对于固井材料和特使的API规格；API Spec.10A,第22版，1995年1月1日)，这些水泥取决于产生的温度可用在不同钻孔深度。另外，存在另外的特殊水泥，其取决于应用和需求范围而被允许使用。这些水泥包括火山灰水泥、含石膏水泥、供永冻土区域使用的特种水泥、反应性合成树脂胶泥、柴油胶泥、膨胀水泥、轻质水泥以及铝酸钙水泥。最后提到的这些在约1,000℃以上的温度下使用，其在点火装置和爆炸的情况下被证实尤其有利。

为了使水泥类混合物能满足所述的需求性能，除了各类水泥之外添加各种配制助剂，对于不同需求往往必须使用不同类型的各种添加剂。因此，例如纤维素醚在约90-95℃以下仅仅用作保水剂(“流体损失添加剂”)。由于此原因，必须在较高温度下使用合成制备的保水剂，这在较大的钻孔深度的情况下是普遍的。

另外一类添加剂是含水聚合物分散体。它们有时也用于在尚未凝固的水泥浆中改善保水性。因此在WO2006/066725A1中描述了一种降低油田流体和水泥类淤浆的失水量的保水剂，其由苯乙烯-丁二烯-胶乳和高分子、水溶性聚合物组成。并未提及含有聚合物粘结剂的干水泥配制剂。

聚合物分散体还用于降低透过凝固的、水泥基配制剂的渗水或用于完全防止渗水。此外，它们任选用于阻止气体渗透(“gas channeling&gas migration”)。因此例如US4,537,918和EP189950A1描述了用于在至多约250℃以上的高温下油井固井的水泥组合物，其含有苯乙烯-丁二烯-胶乳和胶乳稳定剂，从而防止胶乳在高温下凝结。通过添加胶乳稳定剂，实现了直角凝固行为(“直角凝固”)，这对于该应用非常有利。并未提及含有聚合物粘结剂的干水泥配制剂。

另外，聚合物分散体还用于改善凝固的水泥配制剂的柔韧性和弹性，和/或用于改善对钢制壳体以及钻孔岩石的粘合。