專(zhuān)利名稱(chēng)：：油層隔離的方法和材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及通過(guò)在鉆井和/或完井過(guò)程中采用活性材料改進(jìn)油層隔離的過(guò)程和材料。
背景技術(shù)：
：鉆井操作通常包括將鉆頭安裝在鉆管或者鉆桿下端和在孔底旋轉(zhuǎn)鉆頭以穿過(guò)地層、產(chǎn)生井孔。通常稱(chēng)為鉆井泥漿的鉆井液可向下通過(guò)鉆井管、排出鉆頭、并通過(guò)鉆管和環(huán)形壁之間的環(huán)返回到地面而循環(huán)。鉆井液具有許多目的，包括冷卻和潤(rùn)滑鉆頭、將巖屑從井孔攜帶至地面和對(duì)井孔壁施加靜水壓(流體靜壓力)以防止液體從周?chē)貙恿魅刖?。鉆井液可對(duì)井孔周?chē)膸r石施加不希望的機(jī)械應(yīng)力，甚至可能破壞油層。隨著深度增加，靜水壓向外作用于井孔，其可對(duì)地層造成機(jī)械破壞并降低井生產(chǎn)石油或天然氣的能力。鉆井液還可使地層斷裂，使得需要鉆探停止以密封裂紋。因此有必要不時(shí)地穩(wěn)定地層和保護(hù)井孔。在鉆探一部分井孔后，鉆井操作暫停或者停止以在井孔中采用管柱例如套管或者襯管密封井孔。該停止通常被稱(chēng)為下套管深度。在下套管深度，將密封合成物(composition)例如水硬水泥漿泵送入井孔壁和設(shè)置在其中的管柱外部之間的環(huán)形空間中。允許將水泥漿設(shè)置在環(huán)形空間內(nèi)從而在其中形成硬化的基本上不可滲透水的水泥環(huán)形護(hù)套。水泥護(hù)套將管物理支承和定位在井孔中并將管粘合至井孔，從而可防止流體在被井孔穿透的地層或區(qū)域之間不希望地遷移。該已知技術(shù)具有幾個(gè)缺點(diǎn)，包括在每個(gè)下套管深度后井直徑減小和套管本身的高成本。常規(guī)固井作業(yè)的最大不足在于，由于在井孔壁上存在鉆井液濾餅造成與地層的粘接較差。這一點(diǎn)可造成地層流體沿著套管和地層之間環(huán)形間隙中的不牢固路徑或者微環(huán)流動(dòng)或者遷移。USP4，760，882公開(kāi)了一種采用包括聚合物材料的泥漿鉆井和固井的方法，該材料在與引發(fā)劑以及可選擇地射線接觸時(shí)轉(zhuǎn)化為水泥。USP4,768，593和4,547，298相似但需要輻照以固化。USP4，760，882給出了泥漿一至一水泥的有用背景以及良好的活性低分子量聚合物列表，包括聚丁二烯(PBD)和衍生物以及包含至少一個(gè)交聯(lián)PBD和其它聚合物所需要的雙鍵的單體交聯(lián)劑。USP5，293，938描述了一種在井孔中形成硬化水硬水泥和固態(tài)橡膠的雙相復(fù)合物的方法，由水硬水泥和可硫化膠乳組成。該方法將混合物泵送至合適位置，允許水泥凝固，然后使膠乳硫化。美國(guó)專(zhuān)利5，945，387Halliburton涉及一種可凝固的插塞(settableplug)，其組合水中可溶于水的單體和如以前所使用的膠乳。該單體被聚合并且該膠乳被硫化至非常柔韌和耐用的塊。不采用LMW液體活性不溶于水的聚合物并且不采用水泥。美國(guó)專(zhuān)利6，098，711;6，234，251和6，330，917描述了相關(guān)的方法和組合物。美國(guó)專(zhuān)利4，115，336和4，204，998包括之后與水泥混合的不飽和聚酯樹(shù)脂中的非常穩(wěn)定的(惰性)水乳膠。采用不飽和單體例如苯乙烯聚合或交聯(lián)樹(shù)脂并由例如過(guò)氧化物(peroxide)引發(fā)樹(shù)脂。美國(guó)專(zhuān)利3，437，619較早描述了通過(guò)聚合/交聯(lián)聚酯樹(shù)脂和不飽和單體例如苯乙烯同時(shí)水合分散在聚酯樹(shù)脂/單體混合物中的Portland水泥形成的水泥/聚合物復(fù)合材料。該水泥首先被混合入聚酯和不飽和單體有機(jī)液體。顆粒狀水溶性過(guò)酸鹽例如過(guò)硫酸鈉的引發(fā)劑也被分散進(jìn)入該有機(jī)相。因?yàn)槠洳豢扇苡谟袡C(jī)液體，引發(fā)劑不引起聚合和交聯(lián)。該混合物在一段時(shí)間內(nèi)保持為可使用糊狀物(workablepaste)。但是當(dāng)加水時(shí)，引發(fā)劑通過(guò)其自身的溶解以及可能的高pH值活化，使得有機(jī)物開(kāi)始和水泥水合同時(shí)地聚合。因此需要進(jìn)一步改進(jìn)井孔中油層隔離的方法和材料。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及采用一種或多種可溶于水的活性液體組分，其能夠隨后聚合或交聯(lián)而形成固體或固體材料層以改進(jìn)油層隔離和減輕完成的地下井周?chē)乃嘧o(hù)套中裂縫和裂紋的影響。本發(fā)明包括如下步驟注入將活性組分或者添加劑帶入井孔的井孔流體，將漿狀水泥合成物注入井孔，和在形成穿過(guò)水泥和地層、水泥和濾餅、以及濾餅和地層之間的至少一個(gè)界面的活性液體組分的固體之前，使所述活性液體組分通過(guò)所述至少一個(gè)界面。優(yōu)選地，允許在固化活性組分之前至少部分凝固水泥漿。本發(fā)明通過(guò)向井孔流體中引入一種或多種活性液體而改進(jìn)井建造過(guò)程。井孔流體可以為特別調(diào)配的處理液體，或者可選擇地，該活性組分為鉆井液和/或水泥漿或者任何注入井中的隔離液的添加劑。當(dāng)聚合或者交聯(lián)時(shí)，添加劑優(yōu)選產(chǎn)生滲透通過(guò)水泥、殘余濾餅和地層中的至少兩個(gè)的固體彈性體或者彈性體層。如果分別添加至鉆井液或者水泥則可采用不同的活性組分。本發(fā)明提供橋接完成的井孔的環(huán)形空間中所出現(xiàn)的界面的手段。這些界面被認(rèn)為加劇所觀測(cè)的油層隔離問(wèn)題、泄漏和油層間的交叉流動(dòng)?；钚越M分可以通過(guò)例如滲透、擴(kuò)散等過(guò)程以通過(guò)所述界面的精確質(zhì)量轉(zhuǎn)移的方式遷移?？蛇x擇地，在界面上的兩種材料中都存在活性成分使得隨后的反應(yīng)建立跨界面的聯(lián)接或者鍵合(bond)。該過(guò)程的結(jié)果可以為跨過(guò)界面的至少局部連續(xù)的固體材料層。因?yàn)樵撨^(guò)程在沿著界面的許多可能的點(diǎn)進(jìn)行，所以總體結(jié)果是產(chǎn)生不可滲透或者至少改進(jìn)的防止沿著界面的流動(dòng)的屏障。在優(yōu)選的實(shí)施例中，基本上不可溶于水的活性液體組分包括熔點(diǎn)為6(TC或更低的液體單體或者固體單體、活性液體低聚物、數(shù)均分子量小于大約20，OOO的活性可交聯(lián)低分子量液體聚合物中的一種或多種、或者它們的粘度足夠低從而可適當(dāng)流動(dòng)以混合進(jìn)水泥漿的任何混合物。在任何井孔流體、鉆井液和/或水泥漿中采用表面活性劑可進(jìn)一步改進(jìn)充填后的包括潤(rùn)濕、遷移和分配活性組分的幾個(gè)過(guò)程。如果表面活性劑通過(guò)提供例如至少一個(gè)能夠參與活性液體組分的聚合或者交聯(lián)反應(yīng)的雙鍵而促進(jìn)聚合或者交聯(lián)，則可增強(qiáng)表面活性劑的有利作用。還可通過(guò)在井孔流體中采用活化劑、引發(fā)劑、催化劑、硫化劑或促進(jìn)劑以改進(jìn)聚合或者交聯(lián)而進(jìn)一步改進(jìn)本發(fā)明的方法合成物。還可通過(guò)外部天然熱源即油層溫度加熱或者通過(guò)將人工熱源置于套管內(nèi)以從內(nèi)部加熱井孔的環(huán)形空間而進(jìn)一步增強(qiáng)聚合或者交聯(lián)。在下面的例子和附圖中詳細(xì)描述了本發(fā)明的這些和其它方面。下面將僅僅通過(guò)例子參考附圖描述本發(fā)明，其中圖1A—1C示意性描述了本發(fā)明的各個(gè)方面；和圖2為描述根據(jù)本發(fā)明的步驟的視圖。具體實(shí)施方式本發(fā)明涉及改進(jìn)井孔所穿過(guò)的地下油層的密封和隔離的過(guò)程。圖1示出了我們的通過(guò)在井孔壁上構(gòu)造柔性膜和通過(guò)在新型水泥、改變的泥餅和地層之間具有連續(xù)鍵合(bond)來(lái)改進(jìn)油層隔離的發(fā)明的示意圖。在圖1A中，示出了圍繞井10的一部分套管11。置于套管11和地層13的壁之間的水泥護(hù)套12示出為包括殘余的碎片或者濾餅層14，主要為鉆井液的固體部分。地層13的表層131示出為在鉆井或者完井過(guò)程中被來(lái)自井孔10的流體侵入。圖1B更詳細(xì)地示出了套管11和地層13之間的環(huán)形空間中上述材料之間的界面，包括添加至鉆井液的活性組分15，但是在圖1B所示出的階段，形成一部分濾餅層14和部分進(jìn)入地層13。如已經(jīng)描述的，在替代變化形式中活性流體15初始可以為水泥12的添加劑或者水泥12和鉆井液/濾餅14的添加劑。圖1C更詳細(xì)地示出了根據(jù)本發(fā)明例子的過(guò)程的最終階段，其中活性組分15形成在材料12、13、14的空穴和裂紋中并跨過(guò)其界面的固體層151。本發(fā)明的過(guò)程涉及并被結(jié)合到鉆井和完井的一般過(guò)程的步驟中。與本發(fā)明例子相關(guān)的這些步驟在圖2中示出并且如下所述步驟1)采用包括基本上不溶于水的活性液體(RL1)的鉆井液通過(guò)地下巖層鉆井，該液體能夠隨后聚合或者交聯(lián)以形成固體。鉆井液滲濾進(jìn)入可滲透的巖石，在井孔壁上產(chǎn)生包含濃度增加的、至少部分聚接的RL1的濾餅。RL1還吸附至巖層的表面和進(jìn)入巖層的孔中；步驟2)使足夠長(zhǎng)度的金屬套管或襯管向下進(jìn)入井中以覆蓋暴露的巖石的間隙；步驟3)置換(displacing)鉆井液和將還包括能夠隨后聚合或者交聯(lián)以形成固體的分散活性液體(RL2)的水基水硬水泥合成物泵送入套管或者襯管和井孔壁上的濾餅之間的環(huán)形空間中，其中RL2可和RL1相同或者不同，但是能夠與RL1共聚或者交聯(lián)在一起。步驟4)允許水硬水泥合成物至少部分凝固；以及步驟5)使得濾餅中的以及被吸附在巖層中或者巖層上的RL1和水泥中的RL2交聯(lián)或者聚合以形成通過(guò)濾餅和水泥之間界面的RL1和RL2之間的許多鍵或者交聯(lián)，從而產(chǎn)生通過(guò)水泥和濾餅的也鍵合在地層上的連續(xù)聚合物膜的曲徑式密封。在說(shuō)明書(shū)下面的部分中更詳細(xì)地描述上述步驟及其變化形式。在步驟1中，鉆井液包括在循環(huán)鉆井液的溫度下處于液體狀態(tài)的活性液體RL1的分散體。其可高于周?chē)孛鏈囟取＠?，包括熔點(diǎn)大約為60°C的活性材料。在鉆井時(shí)，采用包括RL1的鉆井液，一些泥漿將在可滲透巖層的表面上滲濾。泥漿中的固相物質(zhì)和分散的RL1將在表面上會(huì)聚，形成濾餅。RL1會(huì)聚于濾餅的孔中將易于聚結(jié)和形成滲透通過(guò)濾餅的連續(xù)膜。RL1可以是任何基本上不溶于水的液體單體、活性低聚物、或者活性低分子量聚合物、或者這些物質(zhì)的任何混合物。低分子量是指小于大約20，000的數(shù)均分子量。RL1可包括一種或多種液體單體，例如苯乙烯、二乙烯基苯、鄰苯二甲酸二烯丙基酯、丙烯酸或者甲基丙烯酸和單、雙、或者三官能醇的液體酯，或者低熔點(diǎn)單體例如二環(huán)戊二烯(熔點(diǎn)大約為32°C)。和單體相比，低聚物或者液體低分子量聚合物通常顯示出改進(jìn)的健康和安全特性，因此優(yōu)選作為RL1的至少一種主要成分。在優(yōu)選的實(shí)施例中，RL1包括丁二烯的活性低聚物或者低分子量聚合物，更優(yōu)選地特征在于至少一半單體間連接為1，2加成類(lèi)型。這一點(diǎn)提高了通過(guò)懸掛乙烯基基團(tuán)的交聯(lián)反應(yīng)性?？赏ㄟ^(guò)混合單體例如苯乙烯和液體聚合物提高交聯(lián)的速度和程度。更優(yōu)選地，雙一官能試劑例如二乙烯基苯或者鄰苯二甲酸二烯丙基酯被用作活性交聯(lián)劑。其它合適的活性液體包括丁二烯和苯乙烯的低分子量共聚物；和含有由DCPD基團(tuán)所提供的殘余活性不飽和基團(tuán)的乙烯、丙稀和二環(huán)戊二烯(DCPD)的液體共聚物。優(yōu)選地，鉆井液包括按照液相的體積濃度介于大約3%和大約50%之間的RL1。在步驟1中，鉆井液優(yōu)選還包括一種或多種能夠吸收至巖層上的表面活性劑，從而將RL1膜吸附至表面和進(jìn)入可滲透的地層的孔中。表面活性劑可以以分散有機(jī)相重量的百分之0.2至6.0添加至鉆井液。例如可在關(guān)于含有乳化石油的水基鉆井液的美國(guó)專(zhuān)利4，828，724中找到一些合適的表面活性劑的例子，該乳化石油被設(shè)計(jì)吸附到采用乙氧基化胺、乙氧基化二胺和季銨表面活性劑作為石油潤(rùn)濕表面活性劑的巖石表面上。為方便起見(jiàn)，術(shù)語(yǔ)"石油潤(rùn)濕"用于包括通過(guò)不溶于水的液體RL1的潤(rùn)濕。石油潤(rùn)濕表面活性劑可包括至少一個(gè)具有從大約12至大約22個(gè)碳原子的烴基疏水基團(tuán)和至少一個(gè)為伯胺、仲胺、叔胺、或者季銨基團(tuán)的吸收性"穩(wěn)定基團(tuán)"。這些特別有利于石油潤(rùn)濕硅酸地層例如沙巖和頁(yè)巖。例子包括例如通過(guò)以脂肪酸與聚亞垸基胺、烷基咪唑啉或者任意這些物質(zhì)的鹽縮合而獲得的單或雙垸基胺、單或雙垸?；被?。單或雙(長(zhǎng)鏈垸基)季銨鹽和卵磷脂有利于頁(yè)巖和沙巖的石油潤(rùn)濕劑。陰離子表面活性劑對(duì)石油潤(rùn)濕富含鈣的地層例如石灰石、白堊或者無(wú)水石膏更有效。并且，一個(gè)或多個(gè)疏水物可以為至少一個(gè)具有從大約12至大約22個(gè)碳原子的烴基基團(tuán)。該表面活性劑應(yīng)當(dāng)包括至少一個(gè)吸收性固定基團(tuán)，該基團(tuán)為陰離子基團(tuán)例如羧酸根、磺酸根、硫酸單酯基團(tuán)、膦酸根或者磷酸根。陰離子表面活性劑可以作為堿金屬鹽或者部分作為堿土金屬鹽提供。采用這些表面活性劑形成水基液體需要小心。有必要避免可作為例如增重劑分散于鉆井液中的粉碎硫酸鋇或者碳酸轉(zhuǎn)的油潤(rùn)濕。石油潤(rùn)濕可造成顆粒不希望的聚結(jié)和分離。為避免這一點(diǎn)，例如可以以可溶鹽而非重晶石或者碳酸鈣調(diào)整鉆井液的密度。特別優(yōu)選的為作為或者基于長(zhǎng)鏈脂肪酸酯的表面活性劑，其中長(zhǎng)鏈脂肪酸具有從大約12到大約22個(gè)的碳原子，并且表面活性劑或者表面活性劑的混合物顯示出如ICI出版物"HLB系統(tǒng)"中所定義的至少大約為7的親水親油平衡(HLB)值。更優(yōu)選地，HLB介于大約8到大約18之間。脂肪酸酯可以為聚乙二醇(PEG)酯和環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的共聚物酯。還包括山梨聚糖、甘油、聚甘油、季戊四醇、糖、三羥甲基丙烷和這些衍生物的長(zhǎng)鏈脂肪酸酯，所述衍生物例如HLB比基酯的高的乙氧基衍生物。應(yīng)當(dāng)理解，存在或者可存在許多顯示出期望HLB的其它多羥基化合物的可水解長(zhǎng)鏈脂肪酸酯和這些酯的衍生物。這些包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。合適表面活性劑的例子包括從油酸和聚乙二醇形成的單酯，所述PEG的分子量為530(12摩爾的環(huán)氧乙烷)。該表面活性劑的HLB為大約13.4。另一個(gè)例子為山梨聚糖單油酸酯POE20、也稱(chēng)作Polysorbate80和商用名TWEEN80。POE20是指接枝聚氧乙烯鏈，其包含20摩爾環(huán)氧乙烷。TWEEN80顯示大約為15的HLB。兩種表面活性劑由水中的石灰逐漸水解，速率取決于溫度。因此，當(dāng)富含石灰的水泥被泵送至和濾餅接觸時(shí)，堿性水泥濾液將使得濾餅中的表面活性劑逐漸水解以產(chǎn)生脂肪酸的鈣皂。在采用低得多的pH(例如與對(duì)石灰的大約pH13相比為pH9.5)的鉆井液中，水解速率低得多，并且對(duì)所涉及的溫度和時(shí)間通?？山邮?。如果需要更慢的水解，則可采用從支鏈脂肪酸或醇形成的受阻酯。可以如ICI"HLB系統(tǒng)"指南所描述的那樣計(jì)算表面活性劑混合物的有效HLB。例如，70X的TWEEN80(HLB=15)和30%SPAN20(山梨聚糖單月桂酸酯，HLB二4.3)的混合物產(chǎn)生HLB為11.8的混合物。因此，可以看出單獨(dú)的組分表面活性劑的HLB可低于7，只要其被一種或多種HLB更高的表面活性劑平衡從而混合的有效HLB高于7。已知多羥基化合物和PEG親水基團(tuán)不僅被吸收至二氧化硅、頁(yè)巖和粘土表面上，而且可被吸收至碳酸鈣上。因此，通過(guò)明智地選擇脂肪酸和(例如)與脂肪酸形成酯的PEG的分子量，一種或多種表面活性劑將處理幾乎所有可能碰到的巖層。更有利地，在該過(guò)程的后一階段，井中的泥漿殘余例如濾餅將被并置于大約pH13的堿性液體水泥漿中。高pH將水解釋酯基，釋放出作為鈣皂的長(zhǎng)鏈脂肪酸。這一點(diǎn)將強(qiáng)烈地油濕(以RL1)濾餅中的固體和井孔壁表面上的巖石。在如下所描述的該過(guò)程的最后步驟中，RL1和水泥中的另一種添加劑(RL2)聚合或者交聯(lián)以產(chǎn)生固體聚合物的連續(xù)滲透膜，該膜被吸收至各種無(wú)機(jī)固體表面上。因此如果吸收的表面活性劑在該步驟中與RL1反應(yīng)并連接，則會(huì)改進(jìn)凝固材料的整體性和物理性能，從而將聚合物連接至礦物表面。因此特別優(yōu)選一種或多種表面活性劑的疏水基團(tuán)包括至少一個(gè)可參與和一種或多種活性液體的聚合或者交聯(lián)反應(yīng)的雙鍵。還更優(yōu)選的為雙鍵處于a，(3(末端)位置。在多個(gè)雙鍵的情況下優(yōu)選這些雙鍵共軛。根據(jù)該實(shí)施例，將活性液體層吸引至地層表面和濾餅中的固體表面的吸附表面活性劑或者水解產(chǎn)物將形成與固體聚合物的共價(jià)鍵。這一點(diǎn)改進(jìn)了至地層的結(jié)合和含有聚合物網(wǎng)絡(luò)的被改變?yōu)V餅的物理性質(zhì)。在鉆井過(guò)程的常規(guī)步驟2中，在鉆探某區(qū)間后，因?yàn)楦鞣N原因決定通過(guò)以鋼管包裝該區(qū)間而穩(wěn)定該區(qū)間。鋼套管或者襯管被下降至井中。留在井中的鉆井液然后采用各種常規(guī)技術(shù)由水泥漿替代以獲得有效置換和水泥與鉆井液的最少混合。泵送該水泥以填充套管外部和其上具有水泥濾餅的井孔壁之間的環(huán)形間隙?，F(xiàn)在描述在本發(fā)明的過(guò)程中所采用的新型水泥漿。步驟3包括在漿中采用無(wú)機(jī)水泥材料。該材料可以為適合于井孔使用的水硬水泥。優(yōu)選的水泥為給予API等級(jí)A至H的Portland水泥級(jí)別。水泥粉和足量的水混合以形成可流動(dòng)的漿。將基本上不溶于水的活性液體(RL2)通常按照水泥重量的大約5%至大約50%的劑量混合進(jìn)水泥漿。RL2可以和RL1相同或者不同，但是必須能夠和RL1共聚或者交聯(lián)。以和上述RL1相同的方式，RL2可以為任何基本上不溶于水的液體單體、活性低聚物、或者活性低分子量聚合物、或者這些物質(zhì)的任何混合物。RL2選自和上述RL1所述的相同的材料集合。優(yōu)選還向水泥漿添加劑量通常為水泥重量的0.1%禾113%之間的表面活性劑或者表面活性劑的混合物。該表面活性劑被選擇為以?xún)煞N特別的方式起作用。首先，表面活性劑用于基本上防止RL2在無(wú)機(jī)水泥顆粒水合時(shí)潤(rùn)濕無(wú)機(jī)水泥顆粒的表面，從而以常規(guī)方式促進(jìn)水泥的有效水合和凝固。但是，其次，表面活性劑可被選擇為通過(guò)與在水泥水合過(guò)程中釋放的石灰相互作用而逐漸水解。該過(guò)程然后產(chǎn)生無(wú)機(jī)酸的鈣鹽，該鹽然后在水泥經(jīng)過(guò)至少幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間至少部分固化后被吸附至水泥孔壁上并"油濕"水泥孔壁。這一點(diǎn)將RL2層吸引至水泥的縫隙表面上，產(chǎn)生通過(guò)現(xiàn)在固化的水泥滲透的連續(xù)膜。RL2以足量濃度存在以形成橋接水泥中的許多孔喉的彎液面。因此，在如接下來(lái)的步驟所述的RL2被最終聚合或者交聯(lián)后，固體彈性膜滲透水泥，該膜被牢固吸附至水泥。這一點(diǎn)為水泥提供了大大改進(jìn)的物理特性和彈性。在孔喉處形成的聚合物塞(plug)大大減小了水泥的可滲透性，該膜的疏水性提高了水泥被水、酸性氣體和化學(xué)藥品侵襲的阻力。優(yōu)選的表面活性劑(即在RL2上顯示臨時(shí)擴(kuò)散效應(yīng)然后水解以產(chǎn)生將RL2膜吸引至縫隙水泥表面的物質(zhì)的那些表面活性劑)為基于長(zhǎng)鏈脂肪酸酯的表面活性劑。長(zhǎng)鏈?zhǔn)侵妇哂袕拇蠹s12至大約22個(gè)碳原子。該表面活性劑或者表面活性劑的混合物顯示出如ICI出版物"HLB系統(tǒng)"中所定義的至少大約為7的親水親油平衡(HLB)值。更優(yōu)選地，HLB介于大約8到大約18之間。脂肪酸酯可以選自聚乙二醇(PEG)酯和環(huán)氧乙烷與環(huán)氧丙烷的共聚物酯。還包括山梨聚糖、甘油、聚甘油、季戊四醇、糖、三羥甲基丙烷和這些衍生物的長(zhǎng)鏈脂肪酸酯，所述衍生物例如用聚氧乙烯鏈接枝的衍生物。和基酯相比，增加POE鏈賦予更高的HLB。應(yīng)當(dāng)理解，存在或者可存在許多顯示出期望HLB的其它多羥基化合物的可水解長(zhǎng)鏈脂肪酸酯和這些酯的衍生物，這些也包括在內(nèi)。合適的表面活性劑的例子包括如前所述的山梨聚糖單油酸酯POE20和PEG(12摩爾E0)單油酸酯。特別優(yōu)選的為酯表面活性劑，其中脂肪酸的一個(gè)或多個(gè)部分包括至少一個(gè)可參與和活性液體RL2的聚合或者交聯(lián)反應(yīng)的雙鍵。更優(yōu)選的為如US6，433，075所示例的雙鍵處于高活性a，)B(末端)位置。在多個(gè)雙鍵的情況下優(yōu)選這些雙鍵共軛。根據(jù)該實(shí)施例，牢固吸附至水泥基質(zhì)表面上的脂肪酸鹽將吸引RL2層至該表面然后在聚合或者交聯(lián)RL2的步驟中形成與聚合物的共價(jià)鍵。將聚合物鍵合至水泥基質(zhì)進(jìn)一步改進(jìn)了水泥/聚合物復(fù)合物的物理特性和彈性。在步驟4中，期望在活性不溶于水的有機(jī)液體以任意程度交聯(lián)或者聚合(下文"固化")之前無(wú)機(jī)水泥至少部分凝固(set)?？赏ㄟ^(guò)添加常規(guī)的促進(jìn)劑或者緩凝劑改變無(wú)機(jī)水泥凝固時(shí)間，但是通常在大約4小時(shí)至大約12小時(shí)之間完成大部分凝固。步驟5包括使活性液體聚合或者交聯(lián)的步驟。通過(guò)添加自由基引發(fā)劑例如有機(jī)或無(wú)機(jī)過(guò)氧化物或者無(wú)機(jī)過(guò)硫酸鹽、或者2，2'—偶氮(二一脒基丙烷)二氫氯化物、或者通過(guò)在US6，303，683中所教導(dǎo)的含有促進(jìn)劑的硫基交聯(lián)、輻照或者任何其它許多在聚合物(特別是彈性體)
技術(shù)領(lǐng)域：
己知的合適方法，可以固化乙烯基活性液體。在一個(gè)實(shí)施例中，從一開(kāi)始鉆井液中即存在引發(fā)劑以使其充分地分散在泥漿濾餅中，并且需要時(shí)通過(guò)例如加熱加套和注水泥的井孔區(qū)間而引起固化。在另一個(gè)實(shí)施例中，僅僅在水泥漿中存在引發(fā)劑。因?yàn)樗嗯c濾餅非常緊密地接觸，所以足量的引發(fā)劑轉(zhuǎn)移至濾餅以觸發(fā)RL1的固化。特別是，可由水泥過(guò)濾液將溶于水的引發(fā)劑例如堿金屬或者過(guò)硫酸銨帶入濾餅。鉆井液中不存在引發(fā)劑避免了RL1的過(guò)早固化。通過(guò)各種方法改變?cè)跒V餅和水泥中固化有機(jī)相的速率，該方法包括.-一通過(guò)提高活性單體和/或雙官能交聯(lián)劑和液體低聚物或者聚合物的混合的濃度而提高該速率；一通過(guò)增加引發(fā)劑的劑量而提高該速率；一通過(guò)添加催化劑而提高該速率。例如可溶于活性液體的鈷或者其它過(guò)渡金屬鹽，如環(huán)垸酸鈷，將催化自由基的固化；一通過(guò)采用氧化劑和還原劑的氧化還原催化劑對(duì)而提高該速率；—通過(guò)硫固化系統(tǒng)中的促進(jìn)劑而提高該速度；以及—通過(guò)升溫而提高該速率。相反，可通過(guò)與上述操作相反操作而延長(zhǎng)固化時(shí)間。因此，假定已知所關(guān)心區(qū)間的地下溫度以及通過(guò)鉆井和注水泥過(guò)程的冷卻程度，可設(shè)計(jì)產(chǎn)生聚合物的固化充分地晚于無(wú)機(jī)水泥凝固的時(shí)間發(fā)生。只要復(fù)合物的常規(guī)水泥組份充分地凝固以允許鉆探重新開(kāi)始，就存在使有機(jī)固化時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)的余地。隨著井加深，鉆井液逐漸變熱，這將有助于完成聚合物的固化。對(duì)于更徹底或者快速的固化或者對(duì)于低溫井，可將熱源置于套管內(nèi)以使該溫度大大高于環(huán)境溫度。例如和水之間具有劇烈放熱反應(yīng)的顆粒狀無(wú)水鹽可在油中形成漿。然后使作為"逆"乳狀液的乳化入油的高濃度水與鹽漿混合，緊接著將混合物泵送至套管內(nèi)的期望位置。該鹽被水合，產(chǎn)生足夠高的升溫以固化活性液體。合適的鹽的例子為無(wú)水氯化鎂。應(yīng)當(dāng)注意上述在鉆井液和水泥中都采用活性液體的例子為根據(jù)本發(fā)明的方法的最完整的應(yīng)用。通過(guò)提供一種該系統(tǒng)就已經(jīng)改進(jìn)了油層隔離，該系統(tǒng)可以為鉆井液和水泥?；钚砸后w，如果例如聚集在濾餅中，易于經(jīng)界面擴(kuò)散和滲濾至地層或者水泥中。因此在單個(gè)系統(tǒng)中采用單種活性液體已經(jīng)觀測(cè)到隔離性能的改進(jìn)?；趯?shí)驗(yàn)結(jié)果，下面的鉆井液和水泥的例子預(yù)期給出最好的結(jié)果。例子每桶(公制單位)鉆井液組成0.59桶(941)水3.0lbs(1.36kg)乳化劑(聚乙二醇MW600的單油酸酯)0.32桶(511)活性液體(1，2聚丁二烯低聚物(NipponSoda公司的B1000，MW1160))0.6lbs(0.273kg)黃原膠2.0lbs(0.91kg)液體損失控帝U劑(DrillingSpecialities公司的DrispacSuperlo多陰離子纖維素)100lbs(45.5kg)重晶石以NaOH將pH調(diào)整為pH9每桶水泥組成[可選擇地每600ml]4.6sk[802g]水泥Dycherhoff等級(jí)G4.3gal/sk[269g]水0.9gal/sk[54g]PBD0.4%BWOC[3g]TWEE畫(huà)0.4%BWOC[3g]過(guò)硫酸鉀0.06gal/sk[5g]分散劑權(quán)利要求1.一種在地層中建造井的方法，包括如下步驟-制備包括基本上不溶于水的活性液體組分的井孔流體，該活性液體組分能夠隨后聚合或交聯(lián)而形成固體；-將井孔流體注入井孔；-將水泥漿注入井孔；-使所述活性液體組分建立跨過(guò)水泥和地層、水泥和濾餅以及濾餅和地層之間的界面中的至少一個(gè)界面的化學(xué)鍵；和-形成穿過(guò)所述至少一個(gè)界面的所述活性液體組分的固體。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在形成所述固體之前允許所述水泥漿至少部分凝固。一3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述井孔流體為水泥漿。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述井孔流體為鉆井液。5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述井孔流體為鉆井液和水泥漿。6.如權(quán)利要求5所述的方法，使用第一基本上不溶于水的活性液體組分作為鉆井液的添加劑，以及使用第二基本上不溶于水的活性液體組分作為水泥漿的添加劑，其中所述第一和第二活性液體組分能夠相互聚合或者交聯(lián)。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水泥槳包括Portland水泥。8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中由所述活性液體組分聚合形成的固體為彈性體。9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基本上不溶于水的活性液體組分包括熔點(diǎn)為6(TC或更低的液體單體或者固體單體、活性液體低聚物、數(shù)均分子量小于大約20，000的活性可交聯(lián)低分子量液體聚合物中的一種或多種，或者這些物質(zhì)的粘度足夠低以充分流動(dòng)以便混合進(jìn)水泥漿中的任何混合物。10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述基本上不溶于水的活性液體組分選自以下物質(zhì)丁二烯的液體低聚物和活性聚合物；丁二烯和苯乙烯的活性液體共聚物；乙烯、丙稀和二環(huán)戊二烯的活性液體共聚物；苯乙烯；二乙烯基苯；鄰苯二甲酸二烯丙基酯；丙烯酸或者甲基丙烯酸和單、雙、或者三官能醇的液體酯；低熔點(diǎn)單體；或者這些物質(zhì)的任意混合物。11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述丁二烯低聚物和聚合物的特征在于，至少一半單體間連接為產(chǎn)生多個(gè)活性懸掛乙烯基基團(tuán)的1，2—加成類(lèi)型。12.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述鉆井液還包括大約1g/l和30g/l之間的一種或多種表面活性劑，以促進(jìn)活性液體組分對(duì)所鉆探地層的潤(rùn)濕和/或?qū)⒒钚砸后w組分吸附到多孔巖層中。13.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述鉆井液還包括一種或多種包含長(zhǎng)鏈脂肪酸酯基團(tuán)的表面活性劑，其中所述脂肪酸具有大約12和大約22個(gè)之間的碳原子，并且其中所述表面活性劑或者表面活性劑共混物顯示至少大約7到大約18的HLB，并且其中所述酯基團(tuán)能夠在存在石灰或者Portland水泥時(shí)水解以產(chǎn)生脂肪酸鈣鹽。14.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述水泥漿還包括大約lg/1和30g/l之間的一種或多種表面活性劑，以促進(jìn)活性液體組分對(duì)所鉆探地層的潤(rùn)濕和/或?qū)⒒钚砸后w組分吸附到多孔巖層中。15.如權(quán)利要求3所述的方法，其中所述水泥漿還包括一種或多種包含長(zhǎng)鏈脂肪酸酯基團(tuán)的表面活性劑，其中所述脂肪酸具有大約12和大約22個(gè)之間的碳原子，并且其中所述表面活性劑或者表面活性劑共混物顯示至少大約7到大約18的HLB，并且其中所述酯基團(tuán)能夠在存在石灰或者Portland水泥時(shí)水解以產(chǎn)生脂肪酸鈣鹽。16.如權(quán)利要求12或權(quán)利要求14所述的方法，其中一種或多種表面活性劑的疏水基團(tuán)包括至少一個(gè)能夠參與活性液體組分的聚合或者交聯(lián)反應(yīng)的雙鍵。17.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在井孔流體中采用活化劑、引發(fā)劑、催化劑、硫化劑、或者促進(jìn)劑。18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中在水泥漿中存在活化劑、引發(fā)劑、催化劑、硫化劑、或者促進(jìn)劑。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述活化劑、引發(fā)劑、催化劑、硫化劑、或者促進(jìn)劑可溶于水并且可由水泥濾液傳送至濾餅。20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述活化劑、引發(fā)劑、催化劑、硫化劑、或者促進(jìn)劑為可溶于水的過(guò)硫酸鹽。21.如權(quán)利要求l所述的方法，其中將還原劑混合入鉆井液中以使其還存在于濾餅中，并且其中氧化劑處于水泥漿中，從而當(dāng)其被泵送至適當(dāng)?shù)奈恢貌⑶医佑|濾餅時(shí)，所述還原劑和所述氧化劑一起形成用于活性液體組分的交聯(lián)或者聚合的氧化還原催化劑。22.如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過(guò)采用置于套管內(nèi)的熱源以促進(jìn)活性液體組分的交聯(lián)或者聚合。全文摘要本發(fā)明涉及采用一種或多種可溶于水的活性液體組分，其能夠隨后聚合或交聯(lián)而形成固相以改進(jìn)油層封堵和減輕完成的地下井周?chē)嘧o(hù)套中的裂縫和裂紋的影響。包括如下步驟注入將活性組分或者添加劑帶入井孔的井孔流體，將漿狀水泥合成物注入井孔，在形成穿過(guò)水泥和地層、水泥和濾餅、以及濾餅和地層的之間界面中的至少一個(gè)界面的活性液體組分的固相之前，使所述活性液體組分通過(guò)所述至少一個(gè)界面。文檔編號(hào)C04B28/04GK101253251SQ200680031411公開(kāi)日2008年8月27日申請(qǐng)日期2006年6月26日優(yōu)先權(quán)日2005年6月30日發(fā)明者克里斯托弗·阿蘭·沙瓦登,加里·約翰·圖斯丁,蒂莫西·加雷斯·約翰·約內(nèi)斯,赫馬特·庫(kù)馬·杰塔拉爾·拉德瓦申請(qǐng)人:普拉德研究及開(kāi)發(fā)股份有限公司