固井中的高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰制造技术

提供在固井中利用高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰的方法和组合物。实施方案公开一种固井的方法，其包括：将水泥组合物引入至地下地层中，其中所述水泥组合物包括：选自由水泥窑灰、波特兰水泥和其任何组合组成的组的组分；高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰；和水；以及允许所述水泥组合物凝结。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背景实施方案涉及固井操作且更具体地在特定实施方案中涉及在固井中利用高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰的方法和组合物。在固井操作(诸如井施工和补救固井)中，通常利用水泥组合物。水泥组合物可用于初次固井操作中，由此管柱(诸如套管和衬管)胶结在井筒中。在典型的初次固井操作中，水泥组合物可被泵入被安置其中的管柱的外表面与井筒的壁(或井筒中的较大管道)之间的环空中。水泥组合物可凝结在环形空间中，由此形成硬化、大体上不透水材料的环形护层(即，水泥环)，其可将管柱支撑并且定位在井筒中并且可将管柱的外表面接合至井筒壁(或较大管道)。尤其，围绕管柱的水泥环应起作用以阻止流体在环空中运移，以及保护管柱不受腐蚀。水泥组合物也可用在补救固井方法中，诸如用于密封管柱、水泥环、砾石充填体、地下地层和类似物中的间隙的挤水泥中。水泥组合物也可用在地面应用中，例如施工固井。为了固井操作能成功，水泥组合物应满足若干具体要求，包括流变性、流体损失、稠化时间和强度发展。当用在高温井(例如，>250℉)中时，包括波特兰水泥的传统水泥组合物已知在持续暴露于高温后损失强度，一种通常称为“强度衰退”的现象。据称波特兰水泥的强度衰退因为正常粘结相(氢氧化钙)在高温下转化为α-硅酸二钙而发生。可通过将二氧化硅材料添加至水泥组合物(包括硅粉或硅砂)而对抗强度衰退。虽然二氧化硅材料已成功用于抵消强度衰退，但是期望开发可在高温下使用的额外水泥组合物。附图简述这些附图图示本专利技术的一些实施方案的特定方面，且应不用于限制或界定本专利技术。图1是用于将包括高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰的水泥组合物制备并且递送至井筒的示例性系统的示意图。图2是可用于将包括高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰的水泥组合物放入井筒中的示例性地面设备的示意图。图3是包括高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰的水泥组合物至井筒环空中的示例性放置的示意图。图4图示针对包括高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰的示例性水泥组合物的压缩强度随时间的发展。具体实施方式实施方案涉及固井操作且更具体地在特定实施方案中涉及在固井中利用高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰的方法和组合物。包括高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰的水泥组合物可用在多种地面和地下固井应用中，包括初次固井操作和补救固井操作。水泥组合物的实施方案可用于任何类型的地下地层中的水平、垂直、偏斜或其它非线性井筒。实施方案可适用于注入井、监测井和生产井，包括油气或地热井。示例性水泥组合物可包括：水泥窑灰和/或波特兰水泥；高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰；和水。虽然示例性水泥组合物可适于若干固井操作，但是它们可能特别适用于高温井，包括具有大约250℉或更大的井底静态温度(“BHST”)的井。举例来说，水泥组合物可用于具有高达大约510℉或更大BHST的井中。本公开的许多潜在优点之一可为水泥组合物可在高温井中维持强度，由此提供传统上将二氧化硅材料用于防止包括波特兰水泥的水泥组合物中的强度衰退的替代方案。耐火铝硅酸盐火山灰的高铝含量为水泥组合物赋予高温稳定性。例如，当结合波特兰水泥使用时，铝硅酸钙(例如，水钙铝榴石和加藤石)可在高达550℉的温度下形成，其具有高温稳定性。此外，当结合水泥窑灰使用时，所形成的主要组分可包括莫来石和刚玉，其具有高温稳定性，其中雪硅钙石形成在高温下而非低于200℉的温度下。此外，根据一些实施方案的高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰和/或
水泥窑灰可源自廉价且常见的材料，提供节约成本的好处。在一些实施方案中，高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰和/或水泥窑灰可为回收和/或废料产品，由此通过它们的再利用而提供环境好处。此外，根据一些实施方案的水泥组合物原地凝结的能力可有利地避免将熟料和熟料衍生材料用于固井操作的需要，其可能进一步减小与这些实施方案的水泥组合物相关的环境影响。如上所述，水泥组合物可包括波特兰水泥。适当的波特兰水泥的实例可包括根据美国石油学会的井水泥的材料和测试的API规范(API Specification for Materials and Testing for Well Cements)，API Specification 10，第五版，1990年7月1日被归类为A、B、C、G或H类水泥的水泥。适当的波特兰水泥的额外实例可包括被归类为ASTM I、II、III、IV或V型的水泥。在一些实施方案中，水泥组合物可包括水泥窑灰，其可结合或替代波特兰水泥使用。如本文中使用的术语“水泥窑灰”指的是作为水泥窑中加热水泥原料的副产物产生的固体的材料。如本文中使用的术语“水泥窑灰”旨在包括如本文中描述制作的水泥窑灰和水泥窑灰的等效形式。依据它的来源，水泥窑灰可展现胶结性质，其中它可在水存在的情况下凝结并且硬化。水泥窑灰可作为水泥生产的副产物产生，所述副产物从气流中移除并且收集在例如集尘器中。通常，在水泥生产中收集大量水泥窑灰，其通常作为废料被处置。水泥窑灰的处置可增加水泥制造的非期望成本，以及与其处置相关的环境问题。来自不同水泥制造的水泥窑灰的化学分析依据若干因素而变化，包括特定水泥窑供料、水泥生产操作的效率和相关集尘系统。水泥窑灰通常可包括多种氧化物，包括SiO2、A12O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、Na2O和K2O。水泥组合物可进一步包括高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰。如本文中所使用，术语“高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰(high-alumina refractory aluminosilicate pozzolan)”指的是具有大约0.7或更大的氧化铝与二氧化硅铝(或A:S)的比率且衍生自耐火材料(如耐火砖)的火山灰。在一些实施方案中，A:S比可为大约1.0或更大，且在特定
实施方案中可高达17。换句话说，高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰可包括比二氧化硅多的氧化铝，且在一些实施方案中大体上具有比二氧化硅多的氧化铝。适当的高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰的实例包括但不限于防火砖、防火砖熟料、耐火泥浆、耐火粘土、莫来石、电熔莫来石和其组合。在一些实施方案中，高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰可充当包括波特兰水泥的水泥组合物的低成本补充物。此外，已令人意外地发现高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰和水泥窑灰的混合物形成胶结材料，而不包括任何具有水硬活性的额外材料。除可能存在于水泥窑灰中的最小量石灰外，可无需结合高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰使用石灰。相比之下，石灰传统上用于活化火山灰。此外，在水泥组合物中包括高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰可能产生可对应于更大耐热性质的水泥组合物。换句话说，高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰的使用可帮助减轻与固井中的强度衰退相关的问题。这在一些实施方案中可能是由于诸如存在于高铝含量耐火铝硅酸盐火山灰中的种类，诸如莫来石、刚玉等。高氧化铝耐火铝硅酸盐(诸如耐火砖或耐火砖熟料)可为包括这些材料的水泥组合物赋予固有耐热和耐化学性。下面表1展示可包括在水泥组合物中的高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰(在表1中，耐火砖熟料“FBG”)的X射线衍射(“XRD”)组成分析。表2展示耐火砖熟料的全氧化物分析。表1.耐火砖熟料的XRDFBG石英SiO22％莫来石Al6Si2O1369％刚玉Al2O327％方石英SiO21％钾长石KalSi3O81％表2.耐火砖熟料的全氧化物分析FBGMgO0.14本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固井的方法，其包括：将水泥组合物引入至地下地层中，其中所述水泥组合物包括：选自由水泥窑灰、波特兰水泥和其任何组合组成的组的组分；高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰；和水；以及允许所述水泥组合物凝结。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种固井的方法，其包括：将水泥组合物引入至地下地层中，其中所述水泥组合物包括：选自由水泥窑灰、波特兰水泥和其任何组合组成的组的组分；高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰；和水；以及允许所述水泥组合物凝结。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述组分包括所述波特兰水泥。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述组分包括所述水泥窑灰。4.根据任何先前权利要求所述的方法，其中所述高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰包括选自耐火砖、耐火砖熟料、耐火泥浆、耐火粘土、莫来石、电熔莫来石和其任何组合的化合物。5.根据任何先前权利要求所述的方法，其中所述高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰以大约50重量％至大约150重量％的组分的量存在。6.根据任何先前权利要求所述的方法，其中所述高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰包括大约30重量％或更大的量的莫来石，其中所述高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰包括大约10重量％或更大的量的刚玉，且其中高氧化铝耐火铝硅酸盐火山灰大致上无非晶形材料。7.根据任何先前权利要求所述的方法，其中所述水泥组合物进一步包括选自由发泡添加剂、强度衰退添加剂、促凝剂、缓凝剂、轻质添加剂、气体发生添加剂、机械性质增强添加剂、堵漏材料、流体损失控制添加剂、发泡添加剂、消泡添加剂、触变添加剂和其任何组合组成的组选择的至少一种添加剂。8.根据任何先前权利要求所述的方法，其中所述水泥组合物被引入至被安置在所述地下地层中的管柱与被安置在所述地下地层中的井筒壁或较大管道之间的井筒环空中。9.根据任何先前权利要求所述的方法，其中所述水泥组合物用于初次固化操作中。10.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述水泥组合物用于补救固化操作中。11.根据任何先前权利要求所述的方法，其中使用一个或更多个泵将所述水泥组合物引入穿过套管并且引入至井筒环空中。...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·阿加皮欧，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国;US