固结隔离液以及使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于地下操作的隔离液，且更具体地来说，在某些实施方案中，本发明 设及地层中的固结隔离液及其使用方法。
【背景技术】
[0002] 隔离液通常用于地下操作来促进提高向井筒中引入新流体时的置换效率。举例来 说，隔离液可用于在引入另一流体之前置换井筒中的流体。当用于钻井液置换时，隔离液可 增强固体去除W及隔离钻井液与物理上不相容的流体。举例来说，在初次的注水泥操作中， 可将隔离液置于井筒中W隔离水泥组合物与钻井液。隔离液还可W在钻井改变期间置于不 同钻井液之间或置于钻井液与盐水完井液之间。隔离液通常不会固结，因为隔离液通常不 产生显著胶凝或抗压强度。
[0003] 为了产生效果，隔离液可W具有某些特征。举例来说，隔离液可与置换的流体和水 泥组合物相容。该一相容性在井下（downhole)温度和压力下也可W存在。在一些情况下， 隔离液还需要使井筒中的表面呈水湿性，由此促进与水泥组合物胶结化onding)。隔离液的 流变学性质也可W是重要的。若干个不同流变性能在隔离液的设计中可W是重要的，尤其 包括屈服点、塑性粘度、胶凝强度W及剪切应力。尽管流变学行为在隔离液设计中可W是重 要的，但传统隔离液在井下温度下可能不具有所需要的流变学性质。举例来说，传统隔离液 在升高的温度下可能会发生不希望的热薄化（thermalthinning)现象。因此，传统隔离液 在一些情况下不能提供所希望的置换。
【发明内容】
[0004] 本发明设及用于地下操作的隔离液，更具体地来说，在某些实施方案中，本发明设 及地层中的固结隔离液和使用方法。
[0005] -个实施方案可W包括置换置于井筒环（wellbore)中的钻井液，其包括；设计 隔离液W满足预定井筒条件下的至少一种性质，其中所述性质是选自；（i)约25帕斯卡至 约250帕斯卡的屈服点，扣）约7(Ubf/100ft嗜约50(Ubf/100ft2的静态胶凝强度，（iii) 约Ipsi至约2, 00化si的压缩屈服极限，W及（iv)约5psi至约10,OOOpsi的无侧限单轴 抗压强度（unconfineduniaxialcompressivestrength);使用所述隔离液从井筒环置换 至少一部分钻井液；W及使至少一部分隔离液在井筒中固结，且其中所述隔离液的所述部 分在井筒中固结W满足所述性质。
[0006] 另一个实施方案可W包括置换置于井筒环中的钻井液的方法，其包括：使用固结 隔离液从井筒环置换至少一部分钻井液；W及使至少一部分固结隔离液在井筒环中固结， 其中所述固结隔离液的所述部分具有约4小时或更少的零胶凝时间（geltime)。
[0007] 另一个实施方案可W包括置换置于井筒环中的钻井液的方法，其包括：使用固结 隔离液从井筒环置换至少一部分钻井液；W及使至少一部分固结隔离液在井筒环中固结， 其中所述固结隔离液的所述部分具有约45分钟或更短的过渡时间（transitiontime)。
[0008] 另一个实施方案可W包括置换置于井筒环中的钻井液的方法，其包括：向井筒环 中引入固结隔离液W从井筒环置换至少一部分钻井液；W及使至少一部分固结隔离液在井 筒环中固结；其中固结隔离液包含水W及至少一种选自W下的添加剂；畜灰、石膏、飞灰、 膨润±、哲己基纤维素、娃酸钢、中空微球体、黑渐青、珍珠岩、气体、有机聚合物、生物聚合 物、乳胶、废胶末（ground r址iber)、表面活性剂、结晶性二氧化娃、无定形二氧化娃、石英 粉、热解法二氧化娃、纳米粘±、盐、纤维、水合性粘±、谷壳灰、微细水泥、偏高岭±、沸石、 页岩、浮岩、波特兰水泥、与浮石互磨在一起的波特兰水泥、重晶石、炉渣、石灰及它们的任 何组合；且其中所述固结隔离液的所述部分具有约8小时或更少的零胶凝时间。
[0009] 另一个实施方案可W包括置换置于井筒环中的钻井液的方法，其包括：向井筒环 中引入固结隔离液W从井筒环置换至少一部分钻井液；使至少一部分固结隔离液在井筒环 中固结；W及测量所述固结隔离液的所述部分在井筒环中的固结性质。
[0010] 方法的另一个实施方案可W包括评估用于隔离井筒中的钻井液与水泥组合物的 隔离液的方法，其包括；提供隔离液；W及测量隔离液的过渡时间。
[0011] 另一个实施方案可W包括评估用于隔离井筒中的钻井液与水泥组合物的隔离液 的方法，其包括；提供隔离液；W及测量隔离液的零胶凝时间。
[0012] 另一个实施方案可W包括隔离井筒中的钻井液与水泥组合物的固结隔离液，包 括；水；W及至少一种选自W下的添加剂；畜灰、石膏、飞灰、膨润±、哲己基纤维素、娃酸 钢、中空微球体、黑渐青、珍珠岩、气体、有机聚合物、生物聚合物、乳胶、废胶末、表面活性 剂、结晶性二氧化娃、无定形二氧化娃、石英粉、热解法二氧化娃、纳米粘±、盐、纤维、水合 性粘±、谷壳灰、微细水泥、偏高岭±、沸石、页岩、浮岩、波特兰水泥、与浮石互磨在一起的 波特兰水泥、重晶石、炉渣、石灰及它们的任何组合；且其中所述固结隔离液的所述部分具 有约4小时或更少的零胶凝时间。
[0013] 本领域技术人员可容易地知晓本发明的特征和优点。尽管本领域技术人员可做出 众多的变化，但该类变化应在本发明的精神范畴内。
【附图说明】
[0014] 该些附图举例说明了本发明的一些实施方案的某些方面，其不应被用于限制或限 定本发明。
[0015]图1所示为示例性固结隔离液在各个温度和压力读数下测得的静态胶凝强度值 随时间变化的图。
[0016]图2所示为示例性固结隔离液在各个温度和压力读数下测得的静态胶凝强度值 随时间变化的图。
[0017] 优洗连施方式
[0018] 本发明设及用于地下操作的隔离液，并且更具体地来说，在某些实施方案中，设及 包含水泥畜灰（"CKD")的隔离液W及使用CKD改进隔离液的一种或多种流变性能的方法。 根据本发明的实施方案，所述隔离液可提高井筒清除效率W及井筒流体移去率。隔离液的 实施方案可W起泡。隔离液的实施方案可W固结。举例来说，隔离液当留在井筒中时可发 展出胶凝强度和/或抗压强度。
[0019] 本发明的方法和组合物可能存在若干潜在的优点，本申请中可能仅提到其中一 些。本发明的方法和组合物的许多潜在优点中的一个为CKD可作为流变调节剂用于隔离液 中，从而使得能够配制具有所要流变性能的隔离液。本发明的方法和组合物的另一潜在优 点为在隔离液中包括CKD可导致隔离液不具有不希望的热薄化。本发明的另一潜在优点 为包含CKD的隔离液可W比传统隔离液更经济，传统隔离液通常使用较高成本的添加剂制 备。本发明的另一潜在优点为包含CKD的起泡的隔离液可用于置换轻质钻井液。还有另一 潜在优点为固结隔离液可具有能向井筒操作提供额外益处的额外物理特征。举例来说，固 结隔离液可在井筒环中发展出胶凝和/或抗压强度。因此，留在井筒中的固结隔离液可用 于提供基本上不可渗透的屏障W封闭地层流体和气体，因此用于减少潜在的流体迁移。井 筒环中的固结隔离液还可W保护管道支线（pipestring)或其它管路不发生腐蚀。固结隔 离液还可W用于防止由随后引入的水泥组合物形成的水泥护层的腐蚀。
[0020] 本发明的隔离液的实施方案可W包含水和CKD。在一些实施方案中，隔离液留在 井筒中时可固结。举例来说，隔离液可W通过CKD在水中反应而凝固（set)并硬化。在一 些实施方案中，隔离液可起泡。举例来说，起泡的隔离液可包含水、CKD、起泡剂和气体。起 泡的隔离液可例如用于需要轻质隔离液的情况中。根据本实施方案，所述隔离液可用于用 屈服点比第一流体高的隔离液从井筒置换第一流体。举例来说，隔离液可用于从井筒置换 至少一部分钻井液。隔离液的实施方案中也可W根据具体应用的需要包括其它任选的添加 剂。举例来说，隔离液可另外包含增粘剂、有机聚合物、分散剂、表面活性剂、增重剂及它们 的任何组合。
[0021] 因为本公开的利益，隔离液一般应如本领域普通技术人员所期望的具有适于具体 应用的密度。在一些实施方案中，隔离液可具有约4磅/加仑（"ppg")至约24ppg的密 度。在其它实施方案中，隔离液可具有约4ppg至约17ppg的密度。在还其它实施方案中， 隔离液可具有约8ppg至约13ppg的密度。隔离液的实施方案可W起泡或不起泡，或者包含 本领域中已知的其它降低其密度的方式，例如轻质添加剂。出于本公开的利益，本领域普通 技术人员可W认识到具体应用中的合适密度。
[0022] 隔离液的实施方案中所用的水可W包括例如淡水、咸水（例如里面溶解有一种或 多种盐的水）、面水（例如自地层产生的饱和咸水）、海水或其任何组合。一般来说，水可来 自任何来源，只要水不含过量的可能会不良地影响隔离液中其它组分的化合物。纳入的水 的量应足W形成可累送的隔离液。在一些实施方案中，隔离液中可W包括按隔离液的重量 计约15%至约95%的量的水。在其它实施方案中，本发明的隔离液中可W包括按隔离液的 重量计约25%至约85%的量的水。出于本公开的利益，本领域普通技术人员可W认识到所 选应用中要包括的合适水量。
[0023] CKD可作为流变性调节剂包括于隔离液的实施方案中。另外，本发明的实施方案 中使用CKD可提供具有适于特殊应用的流变性的隔离液。所要流变性可有利于提供例如对 钻井液置换有效的隔离液。在一些情况下，CKD可用于提供具有低的热薄化程度的隔离液。 举例来说，所述隔离液甚至可具有在升温（例如井下遭遇的）下提高的屈服点。
[0024] CKD为水泥制造期间产生的材料，通常称为水泥畜灰。本文使用术语"CKD"来意 指如本文所述的水泥畜灰及用其它方式制成的水泥畜灰的等效形式。术语"CKD"通常指的 是部分锻烧的畜进料（feed),其可W从气流中移去，并且例如在水泥制造期间收集于集尘 器中。一般来说，水泥制造中会收集到大量CKD，而其通常作为废料而被处置。废料CKD的 处置会增加水泥制造的非所希望的成本W及与其处置有关的环境问题。因为CKD通常作为 废弃物质处置，所W用CKD制备的隔离液可W比传统隔离液更经济，因为所述传统隔离液 通常使用较高成本的添加剂制备。对各种水泥制品的CKD进行的化学分析视多种因素而变 化，包括具体畜进料、水泥制造操作的效率W及相关集尘系统。CKD-般可包含多种氧化物， 例如Si〇2、AI2O3、化2〇3、化0、MgO、S〇3、化2〇W及馬0。
[00巧]CKD可W足W提供例如所要流变性能的量包括于隔离液中。在一些实施方案中，CKD可按隔离液的重量计W约1 %至约65%的量（例如约1 %、约5%、约10%、约15%、约 20%、约 25%、约 30%、约 35%、约 40%、约 45%、约 50%、约 55%、约 60%、约 65%等）存 在于隔离液中。在一些实施方案中，CKD可按隔离液的重量计W约5%至约60%的量存在 于隔离液中。在一些实施方案中，CKD可按隔离液的重量计W约20%至约35%的量存在。 或者，CKD的量可按干固体重量表示。如本申请中所用术语"按干固体重量计"指的是相对 于制备隔离液时所用全部干固体的量的组分（例如CKD)的量。举例来说，CKD可按干固体 重量计W约1 %至！00%的量（例如约1 %、约5%、约10%、约20%、约30%、约40%、约 50%、约60%、约70%、约80%、约90%、100%等）存在。在一些实施方案中，CKD可按干 固体重量计约50%至100%、或者约80%至100%的量存在。出于本公开的利益，本领域普 通技术人员可W认识到所选应用可包括的CKD的合适量。
[0026] 尽管先前说明描述了CKD，但本发明足够广泛W涵盖其它部分锻烧的畜进料的使 用。举例来说，隔