[发明专利]用于防止井筒流体漏失的聚异氰脲酸酯基水泥

说明书

本发明提供了一种油气井固井聚合物水泥，其包含脂族异氰酸酯、三聚催化剂和催化剂阻滞剂的反应产物，其中该反应在至少250℉（121℃）的温度下在井筒中发生。还提供了一种减少流体从油气井中漏失的方法，其包括通过在至少250℉（121℃）的温度下在井筒中组合脂族异氰酸酯、三聚催化剂和催化剂阻滞剂来产生聚异氰脲酸酯水泥。本发明的各种实施方案满足该应用所需的可控性和最小化的毒性。标准脂族多异氰酸酯减少了处理问题，同时提供了匹配该温度范围的反应性响应。

发明领域

本发明总体上涉及油气钻井，且更特别涉及在高于250℉（121℃）的井温范围下通过提供由聚异氰脲酸酯塑料制成的固体聚合物堵漏剂（plug）来防止创造油气井过程中钻井液的损失。

发明背景

从地下地层中回收资源（如天然气或石油）通常需要将井筒钻进至地层中，同时在井筒中循环钻井液（如水基或油基钻井泥浆）。钻井液通过钻杆（有时称为“钻柱”）向下流动，在与钻头相邻的位置处离开钻杆，随后通过钻杆外部与井筒壁之间形成的环形空间向上流动。钻井液的循环润滑钻头并从井筒中移除钻屑。

在这样的资源回收工艺中遇到的一个问题是在钻井液在井筒中循环的过程中钻井液漏失到地下地层中（有时称为“井漏（lost circulation）”的问题）。钻井液可能因各种原因漏失到地下地层中（而不是循环回到井筒中），例如地层的天然孔隙。井漏可能因若干原因而成问题，包括更换漏失钻井液的高成本和中断钻井直到井漏造成的问题（如钻头破裂）得以解决的需要。在油气井的钻井操作过程中钻井液漏失到裂隙、孔洞或碎裂的岩石地层中还可能产生安全问题。

为了解决钻井液漏失的问题，有时将“堵漏材料”（“LCM”）注入井筒中以试图密封多孔地下地层的孔隙。一种常用的堵漏材料是水泥。但是，水泥作为LCM具有许多缺点：其仅具有有限的密封效力；其易于开裂；其要求非常长的时间（大约24小时）来固化；其粘度通常不允许其挤入到地下地层中的裂缝中；并且其必须保持不动才能固化。

因此，还已提出了合成聚合物（如聚氨酯）用作堵漏材料。但是，作为LCM，聚氨酯也难以实施。例如，许多先前的形成聚氨酯的组合物具有短得无法接受的适用期（即活性氢官能组分（如多元醇）与异氰酸酯官能组分的组合保持可泵送的时间量）。因此，已经提出了复杂且繁琐的设备选项以使反应性组分在注入井筒的过程中保持分离。

作为替代，已经提出了使用封闭型多异氰酸酯形成聚氨酯堵漏材料。但是，封闭型多异氰酸酯要求移除封闭剂以便使异氰酸酯基团与活性氢官能组分反应。当在压力下包含液体体系时，如在LCM应用中的情况那样，难以（如果不是不可能的话）移除封闭剂。此外，封闭型多异氰酸酯树脂的粘度通常极高。因此，在不使用溶剂和/或增塑剂的情况下它们可能非常难以沿井筒向下泵送，这会是不合意的。

具有聚异氰脲酸酯结构的聚合物因其高温稳定性和阻燃性而闻名。例如，基于芳族二苯基甲烷4,4'-二异氰酸酯（MDI）的聚异氰脲酸酯泡沫因其非常低的导热性而被广泛使用，尤其用作高性能绝缘材料。

因此，合意的是提供使用克服至少一部分前述问题的处理组合物来处理地下地层中的井筒的改进方法。在本领域中需要创造可以在各种井下温度下在漏失区域中通过凝固来防止漏失的有效的聚合物堵漏剂或水泥。尤其具有挑战性的是创造在250℉（121℃）至300℉（149℃）的井下温度下稳定的堵漏剂。

发明概述

因此，本发明通过使用三聚化多异氰酸酯作为实现在温度下的可控聚合反应以便在井下环境中在高达300℉（149℃）的温度下提供固体聚合物堵漏剂的手段有助于缓解本领域中固有的问题。