包含水泥窑粉尘的可固化组合物和添加剂及它们的使用方法技术

本发明专利技术提供包含水和水泥窑粉尘的可固化组合物。所述可固化组合物任选地可以包含添加剂，所述添加剂包含下列物质中的至少一种：粉煤灰；页岩；矿渣水泥；沸石；偏高岭土；及它们的组合。所述可固化组合物任选地可以用气体发泡。本发明专利技术还提供胶结方法，其包括：提供所述可固化组合物；将可固化组合物引入待胶结处；并使可固化组合物在那里凝固。所述待胶结处可以在地面以上或在地层中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及胶结操作，更具体地，涉及包含水和水泥窑粉尘(“CKD”)的可固化组合物，及其相关的使用方法。
技术介绍
可固化组合物可用于多种地下应用。这里使用的术语“可固化组合物”指任何能随着时间固化形成硬化物的组合物。可固化组合物的一个实例包含水硬水泥和水。可能涉及可固化组合物的地下应用包括但不限于初次注水泥(primary cementing)、补注水泥(remedial cementing)和钻井操作。可固化组合物还可用于表面应用中，比如，建筑胶结(construction cementing)。可固化组合物可用于初次注水泥操作中，从而将管柱(比如套管(casing)和衬管(liners))胶结在井眼中。在进行初次注水泥时，可将可固化组合物泵入位于井眼壁和其中的管柱之间的环形空间中。可固化组合物在环形空间中固化，从而形成硬化水泥的环形环套(例如，水泥壳(cement sheath))支撑和定位井眼中的管柱(pipe string)，并将管柱的外表面胶结到井眼壁。可固化组合物还可用于补注水泥操作中，比如密封管柱或水泥壳中的空隙。这里使用的术语“空隙”指任何类型的空间，包括断层(fractures)、孔穴(holes)、裂缝(cracks)、沟道(channels)、空间(spaces)等。这种空隙可以包括：管柱中的孔穴或裂缝；水泥壳中的孔穴、裂缝、空间或沟道；以及水泥壳和油井套管(well casing)或地层的外表面之间的极小空间(一般称为“微环(microannuli)”)。密封这种空隙可以防止不需要的液体流(例如，油、气体、水等)和/或微细固体物进出井眼。无论是否有意，人们已尝试过通过向空隙中引入物质并使它留在其中来密封这类空隙。如果该物质不能填入空隙中，可在空隙上形成桥(bridge)、补片(patch)或环，以可能地使不需要的液流终止。迄今，在终止不需要的流体通过这种空隙的方法中使用的物质包括包含水和水硬水泥的可固化组合-->物，其中该方法使用水压迫使可固化组合物进入空隙中。一旦置入空隙中，可使所述可固化组合物变硬。补注水泥操作也可用来密封地层部分或砾石充填体部分。所述地层部分可包括地层的可渗透部分和地层中的断层(天然的或其它)及其它可使不需要的液流进出井眼的地层部分。砾石充填体部分包括那些希望防止不需要的液流进出井眼的砾石充填体部分。术语“砾石充填体”常用于指置于井眼中的大量颗粒材料(比如砂子)，以至少部分地减少疏松地层颗粒迁移进入井眼中。虽然无筛(screenless)砾石装填操作变得越来越常见，砾石装填操作通常包括将砾石充填体筛子置于理想的地层部分附近的井眼中，用分级的颗粒材料填充筛子和井眼之间的环形区周围，以防止和抑制地层固体随产生的液体流过砾石充填体。其中，该方法可使密封砾石充填体部分防止不需要的液流，而不需要移除砾石充填体。可固化组合物还可在地层中钻井眼时使用。比如，在钻井眼中，在有些情况下可能需要改变井眼方向。在有些情况下，可固化组合物可用来促进方向变化，比如，通过在水泥的硬化物中钻导向孔(常称作“分离塞(kickoff plug)”)置于井眼中。某些地层可引起钻头(drill bit)在特定的方向打钻。比如，在竖井(verticalwell)中，这种情况可导致井眼偏离竖直方向而不合要求。在定向井(directional well)(钻井方向和竖直方向成角度)中，在竖直地钻了井眼的初始部分后，由地层诱导的方向可使沿所需的路径变得困难。在那些以及其它情况下，可使用特殊的定向钻井工具，比如造斜器(whipstock)、弯曲向下机械化钻井组合(bent sub-downhole motorized drill combination)等。通常，定向钻井工具或使用的工具可以是定向的，以便在要求的方向上以相对于上述井眼要求的角度形成导孔。当导孔钻了较短的距离时，移除专用工具，如果需要，可在沿新路径钻井时继续使用这些工具。为保证后续钻井沿着导孔，可能有必要在置于井眼中的分离塞中钻导孔。在这些情况下，在钻导孔之前，可向井眼中引入可固化组合物，并使之固化以在其中形成分离塞。然后可在分离塞中钻导孔，分离塞的高强度有助于保证后续钻井沿着导孔的方向进行。迄今使用的可固化组合物通常包含硅酸盐水泥。硅酸盐水泥通常是可-->固化组合物的成本的主要部分。为了减少这种可固化组合物的成本，可固化组合物可在硅酸盐水泥之外包括其它组分或用其它组分代替硅酸盐水泥。这种组分可包括粉煤灰、矿渣水泥、页岩、偏高岭土、微细水泥等。这里使用的术语“粉煤灰”指粉碎的或磨碎的煤燃烧的残渣，其中由烟道气携带的粉煤灰可以回收(比如，通过静电沉淀回收)。这里使用的术语“矿渣”指粒化的、在铸铁的生产中形成的高炉副产物，且通常包含铁矿中发现的氧化杂质。矿渣水泥通常包含矿渣和碱(比如，诸如氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠、或石灰)以制造可固化组合物，当与水结合时，所述可固化组合物可固化形成硬化物。在水泥的制造过程中，生成常称作“CKD”的废料。这里使用的术语“CKD”指部分煅烧的窑炉进料，其在水泥的制造过程中从气流中除去并在集尘器中收集。通常，在水泥的生产过程中收集到大量的CKD，常当作废料处理。废料CKD的处理会给水泥的生产增加不希望的成本，还需考虑与其处理相关的环境问题。从各种水泥生产中得到的CKD的化学分析取决于多种因素，包括特定的窑炉进料、水泥生产操作的效率及相关的集尘系统。CKD一般可包含多种氧化物，比如SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、SO3、Na2O和K2O。专利技术概述本专利技术涉及胶结操作，更具体地，涉及包含水和CKD的可固化组合物及其相关的使用方法。在一个实施方案中，本专利技术提供了可固化组合物，其包含：水；CKD；和添加剂，所述添加剂包含下列物质中的至少一种：页岩；矿渣水泥；沸石；偏高岭土；及它们的组合。本专利技术的另一个实施方案提供了发泡可固化组合物，其包含：水；CKD；气体；表面活性剂；及添加剂，所述添加剂包含下列物质中的至少一种：粉煤灰；页岩；矿渣水泥；沸石；偏高岭土；及它们的组合。本专利技术的另一个实施方案提供了胶结方法，其包括：提供包含水、CKD和添加剂的可固化组合物，所述添加剂包含下列物质中的至少一种：页岩；沸石；矿渣水泥；偏高岭土；及它们的组合；将所述可固化组合物引入待-->胶结处；并使可固化组合物在那里固化形成硬化物。本专利技术的另一个实施方案提供了胶结方法，其包括：提供包含水、CKD、和添加剂的可固化组合物，所述添加剂包含下列物质中的至少一种：粉煤灰；页岩；沸石；矿渣水泥；偏高岭土；及它们的组合；将所述可固化组合物引入地层中；并使可固化组合物在那里固化形成硬化物。本专利技术的另一个实施方案提供了胶结方法，其包括：提供包含水、CKD、气体；表面活性剂；和添加剂的发泡可固化组合物，所述添加剂包含下列物质中的至少一种：粉煤灰；页岩；沸石；矿渣水泥；偏高岭土；及它们的组合；将发泡可固化组合物引入待胶结处；并使发泡可固化组合物在那里固化。本专利技术的特征和优势对本领域技术人员而言是显而易见的。虽然本领域技术人员可进行多种改变，但这种改变仍在本专利技术的精神之内。优选实施方案本专利技术涉及胶结操作，更具体地，涉及包含水和C本文档来自技高网...

【技术保护点】
可固化组合物，其包含：　　　　水；　　　　水泥窑粉尘；和　　　　添加剂，其包含下列物质中的至少一种：页岩；矿渣水泥；沸石；偏高岭土；及它们的组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-9-9 11/223,750;US 2005-9-9 11/223,6691、可固化组合物，其包含：水；水泥窑粉尘；和添加剂，其包含下列物质中的至少一种：页岩；矿渣水泥；沸石；偏高岭土；及它们的组合。2、权利要求1的可固化组合物，其中所述水包含下列物质中的至少一种：淡水；盐水；咸水；海水；及它们的组合。3、权利要求1的可固化组合物，其中所述发泡可固化组合物中水泥窑粉尘的含量在约5-100重量％的范围内。4、权利要求1的可固化组合物，其还包含粉煤灰。5、权利要求1的可固化组合物，其还包含水硬水泥。6、权利要求5的可固化组合物，其中所述发泡可固化组合物中水硬水泥的含量在约0-约95重量％的范围内。7、权利要求1的可固化组合物，其中所述可固化组合物中页岩的含量在约5-约75重量％的范围内。8、权利要求7的可固化组合物，其中所述页岩包含玻璃化页岩。9、权利要求1的可固化组合物，其中所述可固化组合物中沸石的含量在约5-约65重量％的范围内。10、权利要求9的可固化组合物，其中所述沸石包含菱沸石和斜发沸石。11、权利要求1的可固化组合物，其中所述可固化组合物中矿渣水泥的含量在约0-约99.9重量％的范围内。12、权利要求11的可固化组合物，其中所述矿渣水泥包含矿渣和碱。13、权利要求1的可固化组合物，其中所述可固化组合物中偏高岭土的含量在约5-约95重量％的范围内。14、权利要求1的可固化组合物，其中所述可固化组合物是发泡的，并且还包含气体和表面活性剂。15、权利要求14的可固化组合物，其中所述表面活性剂包含发泡和稳定化表面活性剂组合物。16、权利要求1的可固化组合物，其中所述可固化组合物还包含下列物质中的至少一种：缓凝剂；促进剂；堵漏材料；过滤控制剂；分散剂及它们的组合。17、发泡可固化组合物，其包含：水；水泥窑粉尘；气体；表面活性剂；和添加剂，其包含下列物质中的至少一种：粉煤灰；页岩；矿渣水泥；沸石；偏高岭土；及它们的组合。18、权利要求17的发泡可固化组合物，其中所述气体包含下面物质中的至少一种：空气；氮气；及它们的组合。19、权利要求17的发泡可固化组合物，其中所述发泡可固化组合物中粉煤灰的含量在约5-约75重量％的范围内。20、权利要求17的发泡可固化组合物，其中所述发泡可固化组合物还包含钙离子源。21、权利要求20的发泡可固化组合物，其中所述钙离子源包含石灰。22、权利要求21的发泡可固化组合物，其中所述石灰包含熟石灰。23、权利要求17的发泡可固化组合物，其还包含水硬水泥。24、权利要求17的发泡可固化组合物，其中所述发泡可固化组合物中页岩的含量在约5-约75重量％的范围内。25、权利要求17的发泡可固化组合物，其中所述发泡可固化组合物中沸石的含量在约5-约65重量％的范围内。26、权利要求17的发泡可固化组合物，其中所述发泡可固化组合物中矿渣水泥的含量在约0-约99.9重量％的范围内。27、权利要求17的发泡可固化组合物，其中所述发泡可固化组合物中偏高岭土的含量在约5-约95重量％的范围内。28、权利要求17的发泡可固化组合物，其中所述表面活性剂包含发泡和稳定化表面活性剂组合物。29、权利要求28的发泡可固化组合物，其中所述发泡和稳定化表面活性剂组合物包含下列物质中的至少一种：烷基醚硫酸盐的铵盐、椰油酰胺丙基甜菜碱表面活性剂、椰油酰胺丙基二甲基氧化胺表面活性剂、氯化钠和水的混合物；烷基醚硫酸盐的铵盐表面活性剂、椰油酰胺丙基羟磺甜菜碱表面活性剂、椰油酰胺丙基二甲基氧化胺表面活性剂、氯化钠和水的混合物；水解角蛋白；乙氧基化醇醚硫酸盐表面活性剂、烷基或烯烃酰胺丙基甜菜碱表面活性剂和烷基或烯烃二甲胺氧化物表面活性剂的混合物；α-烯磺酸盐表面活性剂和甜菜碱表面活性剂的水溶液；及它们的组合。30、权利要求17的发泡可固化组合物，其中所述发泡可固化组合物中水泥窑粉尘的含量在约10-约50重量％的范围内；所述发泡可固化组合物还包含含量在约50-约90重量％范围内的硅酸盐水泥；所述表面活性剂包含烷基醚硫酸盐的铵盐、椰油酰胺丙基甜菜碱表面活性剂、椰油酰胺丙基二甲基氧化胺表面活性剂、氯化钠和水的混合物；并且以发泡...

【专利技术属性】
技术研发人员：CW罗迪，J查特吉，DC布伦内斯，BJ金，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]