[发明专利]地层中使用包含水合硅酸钙晶种的水泥组合物的水泥灌注方法

说明书

技术领域

提供了地层中灌注水泥（cementing）的方法。用于地层的水泥组合物包含水合硅酸钙(C-S-H)晶种的中观颗粒、纳米颗粒或其组合。在一个实施方式中，所述水泥组合物还包含胶乳添加剂。在另一个实施方式中，通过井透过地层。

发明内容

根据本发明的第一个方面，提供了一种地层中灌注水泥的方法，所述方法包含以下步骤：在地层中引入水泥组合物，其中所述水泥组合物包含：水泥、水和水合硅酸钙(C-S-H)晶种，其中主要由所述水泥、所述水和所述C-S-H晶种按照与所述水泥组合物相同的比例组成的测试水泥组合物，当在24小时、60℉(15.6℃)温度和3,000psi(20.7MPa)压力下测试时形成至少1,200psi(8.3MPa)的抗压强度；并且凝结（set）所述水泥组合物。

优选地，所述水泥包含至少一种选自下组的水硬性水泥：波特兰(Portland)水泥、火山灰水泥、石膏水泥、高氧化铝水泥、矿渣水泥、氧化硅水泥，及其组合。

优选地，所述水选自：淡水、稍带咸味的水、盐水，及其任意组合。

优选地，所述C-S-H晶种具有粒度分布，从而至少90%的C-S-H晶种的粒度在1微米-0.1微米的范围内。

优选地，所述C-S-H晶种的浓度范围是水泥重量的约0.05%-约7%。优选地，所述水泥组合物还包含胶乳添加剂。所述胶乳添加剂可以是包含作为分散相的固体橡胶颗粒和作为连续相的液体的浆液。所述橡胶颗粒可选自下组：顺-l,4-聚异戊二烯橡胶;苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、高苯乙烯树脂;丁基橡胶;乙烯-丙烯橡胶(EPM和EPDM);氯丁橡胶;腈橡胶;硅橡胶;氯磺化聚乙烯橡胶;交联化聚乙烯橡胶;表氯醇橡胶;氟碳橡胶;氟硅氧烷橡胶;聚氨酯橡胶;聚丙烯酸橡胶;多硫化物橡胶;AMPS-苯乙烯-丁二烯橡胶;任意前述橡胶的改良种类;及其组合。

优选地，所述水泥组合物的增厚时间范围是在60℉(15.6℃)温度和5,000psi(34.5MPa)压力下约4-约15小时。

优选地，所述水泥组合物的起始凝结时间是60℉(15.6℃)温度和3,000psi(20.7MPa)压力下小于24小时。

优选地，所述水泥组合物的凝结时间是60℉(15.6℃)温度下小于48小时。

优选地，当在24小时、60℉(15.6℉)温度和3,000psi(20.7MPa)压力下测试时，所述水泥组合物的抗压强度范围是约1,000-约5,000psi(约6.9-约34.5MPa)。

优选地，所述水泥组合物在155℉(68.3℃)温度和4,500psi(31MPa)压力下使用SGSA静态凝胶强度方法的转变时间小于1小时。

优选地，所述水泥组合物在60℉(15.6℃)温度和5,000psi(34.5MPa)压力下使用Mini MACS静态凝胶强度方法的转变时间小于50分钟。

优选地，所述水泥组合物还包含至少一种添加剂。所述至少一种添加剂可以选自：填料、流体损失添加剂、缓凝剂、减摩剂、强度衰退添加剂、轻量（light-weight）添加剂、消泡剂、高密度添加剂、机械性能增强添加剂、堵漏材料、过滤控制添加剂、触变性添加剂，及其组合。

优选地，所述地层的井底温度范围是约60℉-约120℉(约15.6℃-约48.9℃)。

优选地，所述方法还包含在引入步骤之前确定最大填充体积分数（Packing Volume Fraction）的步骤。

根据本发明的第二个方面，提供了一种地层中灌注水泥的方法，所述方法包含以下步骤：在地层中引入水泥组合物，其中所述水泥组合物包含：水泥、水和水合硅酸钙(C-S-H)晶种，其中所述C-S-H晶种的浓度至少足够使所述水泥组合物在24小时、60℉(15.6℃)温度和3,000psi(20.7MPa)压力下测试时形成至少1,200psi(8.3MPa)的抗压强度，而没有C-S-H晶种的基本相同的水泥组合物在24小时、60℉(15.6℃)温度、和3,000psi(20.7MPa)压力下测试时形成小于1,200psi(8.3MPa)的抗压强度；并且凝结所述水泥组合物。