CN101305068A - 包含水泥窑粉尘的发泡可固化组合物及其使用方法 - Google Patents

包含水泥窑粉尘的发泡可固化组合物及其使用方法 Download PDF

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CN101305068A CNA200680041931XA CN200680041931A CN101305068A CN 101305068 A CN101305068 A CN 101305068A CN A200680041931X A CNA200680041931X A CN A200680041931XA CN 200680041931 A CN200680041931 A CN 200680041931A CN 101305068 A CN101305068 A CN 101305068A
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C·W·罗迪
J·查特吉
D·C·布伦内斯
B·J·金
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Abstract

本发明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。

Description

包含水泥窑粉尘的发泡可固化组合物及其使用方法
技术领域
本发明涉及胶结操作，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。
背景技术
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(kickoffplug)”)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。
发明概述
本发明涉及胶结操作，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，本发明提供了发泡可固化组合物，其包含：水；CKD；气体；及表面活性剂。
本发明的另一个实施方案提供了发泡可固化组合物，其包含：水；含量在约10-约50重量％范围内的CKD；含量在约50-约90重量％范围内的硅酸盐水泥；气体；及发泡和稳定化表面活性剂组合物。
本发明的另一个实施方案提供了胶结方法，其包括：提供包含水、CKD、气体和表面活性剂的发泡可固化组合物；将所述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形成硬化物。
本发明的另一个实施方案提供了胶结位于井眼中的管柱的方法，其包括：提供包含水、CKD、气体和表面活性剂的发泡可固化组合物；将所述发泡可固化组合物引入管柱和井眼壁之间的环形区中；并使发泡可固化组合物在所述环形区中固化。
本发明的另一个实施方案提供了胶结方法，其包括：提供包含水、CKD和表面活性剂的可固化组合物；用气体使所述可固化组合物发泡以形成发泡可固化组合物；将该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。
本发明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，但这种改变仍在本发明的精神之内。
优选实施方案
本发明涉及胶结操作，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。本发明的可固化组合物可用于多种地下应用，包括初次注水泥、补注水泥及钻井操作。本发明的可固化组合物还可用于表面应用(比如建筑胶结)。
本发明的可固化组合物
在一个实施方案中，本发明的可固化组合物包含水和CKD。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物可以是发泡的，比如包含水、CKD、气体和表面活性剂。发泡可固化组合物可用于比如希望可固化组合物重量轻的地方。其它任选的添加剂也可按需要包括于本发明的可固化组合物中，所述添加剂包括但不限于水硬水泥、粉煤灰、矿渣水泥、页岩、沸石、偏高岭土及它们的组合等。
得益于本公开，本发明的可固化组合物可按照本领域技术人员的需要，具有适合于特定应用的密度。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物的密度可以在约8磅/加仑(“ppg”)-约16磅/加仑的范围内。在发泡的实施方案中，本发明的发泡可固化组合物的密度可以在约8-约13ppg的范围内。
本发明的可固化组合物中使用的水可包括淡水、盐水(例如，含一种或多种盐溶解于其中的水)、咸水(例如，由地层制造的饱和盐水)、海水或它们的组合。通常，所述水可来自于任何来源，只要它不含过量的会对可固化组合物中的其它成分产生不利影响的化合物。在一些实施方案中，所述水的量可以足够形成可泵浆料(pumpable slurry)。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中水的量可以在约40-约200重量％的范围内。这里使用的术语“重量”，在此处使用指可固化组合物中组分的百分比，意思是相对于可固化组合物干燥成分的重量，在本发明的可固化组合物中含有的重量。在一些实施方案中，水的量可以在约40-约150重量％的范围内。
可固化组合物中CKD的量应足以提供所需的抗压强度、密度、和/或成本降低。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中CKD的量可以在约0.01-100重量％的范围内。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中CKD的量可以在约5-100重量％的范围内。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中CKD的量可以在约5-约80重量％的范围内。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中CKD的量可以在约10-约50重量％的范围内。
本发明的可固化组合物可任选地包含水硬水泥(hydraulic cement)。根据本发明，可以使用多种水硬水泥，包括但不限于那些包含钙、铝、硅、氧、铁和/或硫的水硬水泥，其通过和水反应固化并硬化。合适的水硬水泥包括但不限于硅酸盐水泥、火山灰水泥、石膏水泥、高矾土含量水泥、矿渣水泥、硅石水泥及它们的组合。在某些实施方案中，水硬水泥可包含硅酸盐水泥。在一些实施方案中，根据American Petroleum Institute，APISpecification for Materials and Testing for Well Cements，API Specification 10，Fifth Ed.，July 1，1990将适合于本发明的硅酸盐水泥分成A类、C类、H类和G类水泥。
目前，可固化组合物中水硬水泥的量通常足以提供所需的抗压强度、密度和/或降低成本。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中水硬水泥的量可以在0-约100重量％的范围内。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中水硬水泥的量可以在0-约95重量％的范围内。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中水硬水泥的量可以在约20-约95重量％的范围内。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中水硬水泥的量可以在约50-约90重量％的范围内。
在一些实施方案中，适用的火山灰水泥包含粉煤灰。多种粉煤灰可以是适用的，包括根据American Petroleum Institute，API Specification forMaterials and Testing for Well Cements，API Specification 10，Fifth Ed.，July 1，1990分类为C类和F类的粉煤灰。C类粉煤灰同时包含硅石和石灰，当和水混合时，其固化形成硬化物。F类粉煤灰通常不含足够的石灰，因此F类粉煤灰需要另外的钙离子来源，以和水形成可固化组合物。在一些实施方案中，石灰可以以粉煤灰的重量的约0.1-约25重量％的范围内的量与F类粉煤灰混合。在一些情况下，所述石灰可以是熟石灰。粉煤灰的合适的实例包括但不限于“
Figure A20068004193100141
A”水泥添加剂，可从Halliburton EnergyServices，Inc.，Duncan，Oklahoma购得。
目前，可固化组合物中粉煤灰的量通常足以提供所需的抗压强度、密度和/或降低成本。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中粉煤灰的量可以在约5-约75重量％的范围内。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中粉煤灰的量可以在约10-约60重量％的范围内。
在一些实施方案中，适用的矿渣水泥可包含矿渣。矿渣通常不含足够的碱性材料，因此矿渣水泥还可包含碱以得到可与水反应以固化形成硬化物的可固化组合物。碱的合适的来源的实例包括但不限于氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠、石灰及它们的组合。
目前，可固化组合物中矿渣水泥的量通常足以提供所需的抗压强度、密度和/或降低成本。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中矿渣水泥的量可以在0-约99.9重量％的范围内。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中矿渣水泥的量可以在约5-约75重量％的范围内。
在某些实施方案中，本发明的可固化组合物还可包含偏高岭土。通常，偏高岭土是可通过加热高岭土(比如，加热到约600-约800℃的范围内的温度)制备的白色火山灰。在一些实施方案中，本发明的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。在一些实施方案中，偏高岭土的含量可以在约10-约50重量％的范围内。
在某些实施方案中，本发明的可固化组合物还可包含页岩。其中，可固化组合物中包括的页岩可以与过量的石灰反应形成适当的胶结材料(例如水合硅酸钙)。有多种合适的页岩，包括那些包含硅、铝、钙和/或镁的页岩。合适的页岩的实例包括玻璃状页岩(vitrified shale)。玻璃状页岩的合适的实例包括但不限于“PRESSUR-FINE LCM”材料和“PRESSUR-
Figure A20068004193100152
COARSE LCM”材料，它们可从TXI Energy Services，Inc.，Houston，Texas购得。通常，所述页岩的粒径分布可以根据特定应用的需要而具有任何粒径分布。在某些实施方案中，所述页岩的粒径分布在约37-约4750微米的范围内。
目前，本发明的可固化组合物中页岩的量足以提供所需的抗压强度、密度和/或降低成本。在一些实施方案中，页岩的含量可以在约5-约75重量％的范围内。在一些实施方案中，页岩的含量可以在约10-约35重量％的范围内。得益于本公开，本领域的普通技术人员可以知道对于所选应用适当的页岩量。
在某些实施方案中，本发明的可固化组合物还可包含沸石。沸石通常是多孔铝硅酸盐矿物，是天然的或合成材料。合成沸石基于与天然沸石相同的结构单元，并可包含铝硅酸盐水合物。这里使用的术语“沸石”指所有天然和合成形式的沸石。
在某些实施方案中，用于本发明的合适的沸石可以包括“方沸石”(水合钠铝硅酸盐)、“硅铝锂石”(锂铝硅酸盐)、“锶沸石”(水合锶钡钙铝硅酸盐)、“菱沸石”(水合钙铝硅酸盐)、“斜发沸石”(水合钠铝硅酸盐)、“八面沸石”(水合钠钾钙镁铝硅酸盐)、“交沸石”(水合钡铝硅酸盐)、“片沸石”(水合钠钙铝硅酸盐)、“浊沸石”(水合钙铝硅酸盐)、“中沸石”(水合钠钙铝硅酸盐)、“钠沸石”(水合钠铝硅酸盐)、“方碱沸石”(水合钾钠钙钡铝硅酸盐)、“钙十字沸石”(水合钾钠钙铝硅酸盐)、“钙沸石”(水合钙铝硅酸盐)、“淡红沸石”(水合钙铝硅酸盐)、“辉沸石”(水合钠钙铝硅酸盐)和“杆沸石”(水合钠钙铝硅酸盐)及它们的组合。在某些实施方案中，用于本发明的合适的沸石包括菱沸石和斜发沸石。合适的沸石来源的实例可由C2C Zeolite Corporation of Calgary，Canada购得。
在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中沸石的量可以在约5-约65重量％的范围内。在某些实施方案中，本发明的可固化组合物中沸石的量可以在约10-约40重量％的范围内。
在某些实施方案中，本发明的可固化组合物还可包含缓凝剂。这里使用的术语“缓凝剂”指延迟本发明的可固化组合物的固化的添加剂。合适的缓凝剂的实例包括但不限于磺酸烷基化木质素(sulfoalkylated lignins)的铵盐、碱金属盐、碱土金属盐、金属盐，羟基羧酸类，包含丙烯酸或马来酸的共聚物及它们的组合。合适的磺酸烷基化木质素的一个实例包含磺酸甲基化木质素。合适的缓凝剂在美国专利No.Re.31,190中有更详细的披露，其全部公开在此以引用的方式并入本申请中。合适的缓凝剂可从HalliburtonEnergy Services，Inc.购得，商品名为“4”、“5”、“
Figure A20068004193100163
7”、“
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12”、“
Figure A20068004193100165
15”、“
Figure A20068004193100166
25”、“SCRTM 100”和“SCRTM 500”。通常，在使用时，本发明的可固化组合物中包括的缓凝剂的量可足以提供所需的固化延迟。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物中缓凝剂的量可以在约0.1-约5重量％的范围内。
任选地，得益于本公开，本发明的可固化组合物中可以添加本领域技术人员认为合适的其它附加添加剂。这种添加剂的实例包括但不限于促进剂、减重剂、高比重添加剂(heavyweight additives)、堵漏材料、过滤控制剂(filtration control additive)、分散剂及它们的组合。这些添加剂的合适的实例包括结晶二氧化硅化合物、无定形二氧化硅、盐、纤维、水合性粘土(hydratable clays)、微球体、火山灰石灰、胶乳水泥(latex cement)、触变添加剂、它们的组合等。
本发明的可固化组合物的实例可包含水和CKD。得益于本公开，如本领域普通技术人员所需，本发明的这种可固化组合物还可包含任何上述添加剂，以及任何适用于地下应用的多种其它添加剂。
本发明的可固化组合物的另一个实施例可包含水和CKD，以及包含下列物质中的至少一种的添加剂：粉煤灰；页岩；沸石；矿渣水泥；偏高岭土；及它们的组合。得益于本公开，如本领域普通技术人员所需，本发明的这种可固化组合物还可包含任何上述添加剂，以及任何适用于地下应用的多种其它添加剂。
如前所述，在某些实施方案中，本发明的可固化组合物可用气体发泡。在一些实施方案中，本发明的发泡可固化组合物可包含水、CKD、气体及发泡和稳定化表面活性剂。得益于本发明公开，本发明的发泡可固化组合物还可如本领域普通技术人员所需包含其它合适的添加剂(比如之前述及的)。本发明的发泡可固化组合物使用的气体可以是任何适用于使可固化组合物发泡的气体，包括但不限于空气、氮气或它们的组合。通常，本发明的发泡可固化组合物中气体的量应足以形成所需泡沫。在某些实施方案中，本发明的发泡可固化组合物中气体的量可以在组合物体积的约10-约80％的范围内。
在发泡时，本发明的可固化组合物还包含表面活性剂。在一些实施方案中，表面活性剂包含发泡和稳定化表面活性剂组合物。这里使用的“发泡和稳定化表面活性剂组合物”指包含一种或多种表面活性剂的组合物，其中，其可用来促进可固化组合物的发泡并稳定由此得到的发泡可固化组合物。本发明的可固化组合物可使用任何合适的发泡和稳定化表面活性剂组合物。合适的发泡和稳定化表面活性剂组合物可包括但不限于：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。在某一个实施方案中，发泡和稳定化表面活性剂组合物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。这种混合物的合适的实例是“ZONESEAL 2000”发泡剂，可从Halliburton Energy Services，Inc.购得。合适的发泡和稳定化表面活性剂组合物在美国专利No.6,797,054、6,547,871、6,367,550、6,063,738和5,897,699中有描述，其全部公开在此以引用的方式并入本申请中。
通常，本发明的发泡可固化组合物中表面活性剂的量可以足以提供合适的泡沫。在一些实施方案中，以水的体积计(bvow)，表面活性剂的量可以在约0.8-约5％的范围内。
本发明的方法
本发明的可固化组合物可用于多种地下应用中，包括但不限于初次注水泥、补注水泥和钻井操作。本发明的可固化组合物还可用于表面应用，比如，建筑胶结。
本发明方法的实例包括提供包含水和CKD的本发明的可固化组合物；将所述可固化组合物置于待胶结处；并使可固化组合物在那里固化。在一些实施方案中，待胶结处可在地面以上(比如，在建筑胶结中)。在一些实施方案中，待胶结处可在地层中(比如，在地下应用中)。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物可以发泡。得益于本公开，如本领域普通技术人员所需，本方法中可用的本发明的可固化组合物还可包含任何上述添加剂，以及任何适用于地下应用的多种其它添加剂。
本发明方法的另一个实例是胶结位于井眼中的管柱(例如，套管、可膨胀套管、衬管等)的方法。这种方法的实例可包括提供包含水和CKD的本发明的可固化组合物；将所述可固化组合物引入管柱和井眼壁之间的环形区；并使所述可固化组合物在环形区中固化以形成硬化物。通常，在大多数情况下，硬化物应将管柱固定在井眼中。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物可以发泡。得益于本发明公开，如本领域普通技术人员所需，在本方法中可用的本发明的可固化组合物还可包含任何上述添加剂，以及任何适用于地下应用的多种其它添加剂。
本发明方法的另一个实施例是密封砾石充填体部分或地层部分的方法。这种方法的实例可包括提供包含水和CKD的本发明的可固化组合物；将所述可固化组合物引入砾石充填体部分或地层部分；并使可固化组合物在所述部分中固化以形成硬化物。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。其中，该方法可使砾石充填体部分密封，以在不需要移除砾石充填体的情况下防止不需要的液流。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物可发泡。得益于本发明公开，如本领域普通技术人员所需，本方法中可用的本发明的可固化组合物还可包含任何上述添加剂，以及任何适用于地下应用的多种其它添加剂。
本发明方法的另一个实施例是密封位于管柱(例如，套管、可膨胀套管、衬管等)或水泥壳中的空隙的方法。通常，管柱位于井眼中，而水泥壳可位于井眼中的管柱与井眼壁之间的环形区中。这种方法的实例可包括提供包含水和CKD的可固化组合物；将所述可固化组合物引入空隙中；并使可固化组合物在空隙中固化以形成硬化物。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物可以发泡。得益于本发明公开，如本领域普通技术人员所需，本方法中可用的本发明的可固化组合物还可包含任何上述添加剂，以及任何适用于地下应用的多种其它添加剂。
当密封管柱中的空隙时，在一些实施方案中，本发明方法还可包括定位管柱中的空隙；通过在管柱中限定与空隙相通的空间来隔离空隙；其中可固化组合物可从该空间引入空隙中。可使用任何合适的技术和/或装置来隔离空隙，包括桥塞(bridge plug)、装填机(packers)等。可使用任何合适的技术来定位管柱中的空隙。
当密封水泥壳中的空隙时，在一些实施方案中，本发明方法还可包括定位水泥壳中的空隙；在管柱中制造贯穿空隙的穿孔；通过所述穿孔限定管柱中与空隙相通的空间来隔离空隙；其中将所述可固化组合物通过穿孔引入空隙中。可使用任何合适的技术定位管柱中的空隙。可使用任何合适的技术在管柱中制造穿孔，比如，穿孔枪(perforating gun)。可使用任何合适的技术和/或装置隔离空隙，包括桥塞、装填机等。
本发明方法的另一个实施例是改变钻井眼的方向的方法。这种方法的实例可包括提供包含CKD的可固化组合物；将所述可固化组合物引入井眼中钻进方向要改变的位置；使所述可固化组合物固化以在井眼中形成分离塞；在分离塞中钻孔；并通过分离塞中的孔钻井眼。在一些实施方案中，本发明的可固化组合物可以发泡。得益于本发明公开，如本领域普通技术人员所需，本方法中可用的本发明的可固化组合物还可包含任何上述添加剂，以及任何适用于地下应用的多种其它添加剂。
通常，钻井操作应继续沿着钻通分离塞的孔的方向。可使用任何合适的技术来钻井眼和分离塞中的孔，包括旋转钻孔、顿钻钻井(cable tooldrilling)等。在一些实施方案中，可在分离塞附近放置一种或多种定向钻井工具。合适的定向钻井工具包括但不限于造斜器、弯曲向下机械化钻井合等。定向钻井工具可用于在分离塞中钻孔，以将该孔定位于所需的方向。任选地，在分离塞中钻孔之后，可以从井眼中移除定向钻井工具。
为便于更好地理解本发明，下面给出了一些实施方案的某些方面。但下列实施例不以任何方式限制或限定本发明的范围。
实施例1
在室温下制备一系列样品可固化组合物，并根据API Specification 10在140°F下进行48小时的抗压强度试验。样品组合物包含水、A类CKD和A类硅酸盐水泥。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表1
未发泡可固化组合物抗压强度试验：A类水泥和A类CKD
样品 密度(ppg)  A类硅酸盐水泥(重量％)   A类CKD(重量％)   140°F下48小时抗压强度(psi)
  No.1   14  0   100   228
  No.2   15.15  25   75   701
  No.3   14.84  50   50   1189
  No.4   15.62  75   25   3360
  No.5   15.6  100   0   2350
实施例2
在室温下制备No.6和7样品组合物，并根据API Specification 10分别在140°F和240°F下进行稠化时间(thickening time)和流体损失(fluid loss)试验。
No.6样品组合物包含水、A类硅酸盐水泥(50重量％)、A类CKD(50重量％)、“
Figure A20068004193100201
23”流体损失控制剂(0.75重量％)和“
Figure A20068004193100202
-5”缓凝剂(0.25重量％)。因此，No.6样品组合物的硅酸盐水泥与CKD的重量比约为50∶50。该样品的密度为14.84ppg。“23”添加剂是纤维素基流体损失控制剂，可从Halliburton Energy Services，Inc.，Duncan，Oklahoma购得。“-5”缓凝剂是木质素磺酸盐缓凝剂，可从Halliburton Energy Services，Inc.，Duncan，Oklahoma购得。
No.7样品组合物包含水、A类硅酸盐水泥(50重量％)、A类CKD(50重量％)、“
Figure A20068004193100205
413”流体损失控制剂(0.75重量％)和“
Figure A20068004193100206
-12”缓凝剂(0.3重量％)。因此，No.7样品组合物的硅酸盐水泥与CKD的重量比约为50∶50。该样品的密度为14.84ppg。“
Figure A20068004193100207
413”添加剂是接枝共聚物流体损失控制剂，可从Halliburton Energy Services，Inc.，Duncan，Oklahoma购得。“
Figure A20068004193100211
-12”缓凝剂是木质素磺酸盐和羟基羧酸缓凝剂的混合物，可从Halliburton Energy Services，Inc.，Duncan，Oklahoma购得。
流体损失和稠化时间试验的结果显示于下表中。
表2
未发泡可固化组合物稠化时间和流体损失试验：A类水泥和A类CKD
样品   水泥/CKD重量比 测试温度(°F)   至70BC的稠化时间(分钟:小时) 30分钟内的API流体损失(ml)
  No.6   50∶50  140   6:06   147
  No.7   50∶50  240   2:20   220
实施例3
在室温下制备一系列可固化组合物的样品，并根据API Specification 10在140°F下进行48小时的抗压强度试验。样品组合物包含水、H类CKD和H类硅酸盐水泥。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表3
未发泡可固化组合物抗压强度试验：H类水泥和H类CKD
样品   密度(ppg)   H类硅酸盐水泥(重量％)   H类CKD(重量％)   140°F下48小时抗压强度(psi)
  No.8   15.23   0   100   74.9
  No.9   15.4   25   75   544
  No.10   16   50   50   1745
  No.11   16.4   75   25   3250
  No.12   16.4   100   0   1931
实施例4
在室温下制备No.13和14样品组合物，并根据API Specification 10分别在140°F和240°F下进行稠化时间和流体损失试验。
No.13样品组合物包含水、H类硅酸盐水泥(50重量％)、H类CKD(50重量％)、“
Figure A20068004193100212
23”流体损失控制剂(0.75重量％)和0.25重量％的“
Figure A20068004193100213
-5”缓凝剂(0.25重量％)。因此，No.13样品组合物的硅酸盐水泥与CKD的重量比约为50∶50。该样品的密度为16ppg。
No.14样品组合物包含水、H类硅酸盐水泥(50重量％)、H类CKD(50重量％)、“
Figure A20068004193100221
413”流体损失控制剂(0.75重量％)和“
Figure A20068004193100222
-12”缓凝剂(0.3重量％)。因此，No.14样品组合物的硅酸盐水泥与CKD的重量比约为50∶50。该样品的密度为16ppg。
流体损失和稠化时间试验的结果显示于下表中。
表4
未发泡可固化组合物稠化时间和流体损失试验：H类水泥和H类CKD
样品 水泥/CKD重量比   测试温度(°F)   至70BC的稠化时间(分钟:小时)  30分钟内的API流体损失(ml)
  No.13   50∶50   140   5:04   58
  No.14   50∶50   240   1:09   220
实施例5
在室温下制备一系列可固化组合物的样品，并根据API Specification 10在140°F下进行48小时的抗压强度试验。样品组合物包含水、G类CKD和G类硅酸盐水泥。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表5
未发泡可固化组合物抗压强度试验：G类水泥和G类CKD
样品   密度(ppg)   G类硅酸盐水泥(重量％)   G类CKD(重量％)   140°F下48小时抗压强度(psi)
  No.15   14.46   0   100   371
  No.16   14.47   25   75   601
  No.17   14.49   50   50   1100
  No.18   14.46   75   25   3160
  No.19   14.46   100   0   3880
实施例6
在室温下制备No.20和21样品组合物，并根据API Specification 10分别在140°F和240°F下进行稠化时间和流体损失试验。
No.20样品组合物包含水、G类硅酸盐水泥(50重量％)、G类CKD(50重量％)、“
Figure A20068004193100231
23”流体损失控制剂(0.75重量％)和“-5”缓凝剂(0.25重量％)。因此，No.20样品组合物的硅酸盐水泥与CKD的重量比约为50∶50。该样品的密度为15.23ppg。
No.21样品组合物包含水、G类硅酸盐水泥(50％)、G类CKD(50％)、“
Figure A20068004193100233
413”流体损失控制剂(0.75重量％)和“
Figure A20068004193100234
-12”缓凝剂(0.3重量％)。因此，No.21样品组合物的硅酸盐水泥与CKD的重量比约为50∶50。该样品的密度为15.23ppg。
流体损失和稠化时间试验的结果显示于下表中。
表6
未发泡可固化组合物稠化时间和流体损失试验：G类水泥和G类CKD
样品 水泥/CKD重量比   测试温度(°F)   至70BC的稠化时间(分钟:小时)   30分钟内的API流体损失(ml)
  No.20   50∶50   140   3:19   132
  No.21   50∶50   240   1:24   152
因此，实施例1-6表明包含硅酸盐水泥和CKD的可固化组合物可具有用于特定应用的合适的稠化时间、抗压强度和/或流体损失性能。
实施例7
按照下述步骤制备一系列发泡的样品组合物。对于各样品，制备包含水、A类硅酸盐水泥和A类CKD的基底样品组合物。CKD和硅酸盐水泥的量如下表所示有所差异。然后向各基底样品组合物中以2％ bvow的量加入“
Figure A20068004193100235
2000”发泡剂。接着，使各基底样品组合物发泡降至约12ppg。制备后，得到的发泡的样品组合物根据API Specification 10在140°F下进行72小时的抗压强度试验。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表7
发泡可固化组合物抗压强度试验：A类水泥和A类CKD
样品   基底密度(ppg) 泡沫密度(ppg)  A类硅酸盐水泥(重量％)   A类CKD(重量％)   140°F下72小时抗压强度(psi)
  No.22   14.34  12  0   100   167.6
  No.23   14.15  12  25   75   701
  No.24   15.03  12  50   50   1253
  No.25   15.62  12  75   25   1322
  No.26   15.65  12  100   0   1814
实施例8
按照下述步骤制备一系列发泡的样品组合物。对于各样品，制备包含水、H类硅酸盐水泥和H类CKD的基底样品组合物。CKD和硅酸盐水泥的量如下表所示有所差异。然后向各基底样品组合物中以2％ bvow的量加入“
Figure A20068004193100241
2000”发泡剂。接着，使各基底样品组合物发泡降至约12ppg。制备后，得到的发泡的样品组合物根据API Specification 10在140°F下进行72小时的抗压强度试验。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表8
发泡可固化组合物抗压强度试验：H类水泥和H类CKD
样品   基底密度(ppg)   泡沫密度(ppg)  H类硅酸盐水泥(重量％)   H类CKD(重量％) 140°F下72小时抗压强度(psi)
  No.27   15.07   12  0   100   27.2
  No.28   15.4   12  25   75   285
  No.29   16   12  50   50   845
  No.30   16.4   12  75   25   1458
  No.31   16.57   12  100   0   1509
实施例9
按照下述步骤制备一系列发泡的样品组合物。对于各样品，制备包含水、G类硅酸盐水泥和G类CKD的基底样品组合物。CKD和硅酸盐水泥的量如下表所示有所差异。然后向各基底样品组合物中以2％ bvow的量加入“
Figure A20068004193100251
2000”发泡剂。接着，使各基底样品组合物发泡降至约12ppg。制备后，得到的发泡的样品组合物根据API Specification 10在140°F下进行72小时的抗压强度试验。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表9
发泡可固化组合物抗压强度试验：G类水泥和G类CKD
样品   基底密度(ppg)   泡沫密度(ppg)  G类硅酸盐水泥(重量％)   G类CKD(重量％) 140°F下72小时抗压强度(psi)
  No.32   14.32   12  0   100   181
  No.33   14.61   12  25   75   462
  No.34   15   12  50   50   729
  No.35   15.43   12  75   25   1196
  No.36   15.91   12  100   0   1598
因此，实施例7-9表明包含硅酸盐水泥和CKD的发泡可固化组合物可具有用于特定应用的合适的抗压强度。
实施例10
在室温下制备一系列可固化样品组合物，并根据API Specification 10在140°F下经过24小时的抗压强度试验。在各样品中包括足够的水以提供约14.2ppg的密度。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表10
未发泡可固化组合物抗压强度试验：
A类水泥、A类CKD、页岩、粉煤灰和石灰
1使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100262
FINE LCM”材料。
实施例11
制备一系列样品组合物，并按照API Specification 10在140°F下进行稠化时间试验。
No.44样品组合物包含水、A类硅酸盐水泥(26重量％)、“A”水泥添加剂(61重量％)、熟石灰(13重量％)、“
Figure A20068004193100264
23”流体损失控制剂(0.6重量％)和“-5”缓凝剂(0.1重量％)。该样品的密度为14.2ppg。
No.45样品组合物包含水、A类硅酸盐水泥(19.5重量％)、A类CKD(6.5重量％)、“A”水泥添加剂(61重量％)、熟石灰(13重量％)、“
Figure A20068004193100267
23”流体损失控制剂(0.6重量％)和“
Figure A20068004193100268
-5”缓凝剂(0.1重量％)。该样品的密度为14.2ppg。玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100269
FINELCM”材料。
No.46样品组合物包含水、A类硅酸盐水泥(19.5重量％)、A类CKD(3.25重量％)、玻璃化页岩(3.25重量％)、“
Figure A200680041931002610
A”水泥添加剂(61重量％)、熟石灰(13重量％)、“
Figure A200680041931002611
23”流体损失控制剂(0.6重量％)和“
Figure A200680041931002612
-5”缓凝剂(0.1重量％)。该样品的密度为14.2ppg。玻璃化页岩是“PRESSUR-FINE LCM”材料。
流体损失和稠化时间试验的结果显示于下表中。
表11
未发泡可固化组合物稠化时间试验：
A类水泥、A类CKD、页岩、粉煤灰和石灰
Figure A20068004193100271
1使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-FINE LCM”材料。
实施例12
在室温下制备一系列可固化样品组合物，并根据API Specification 10在140°F下经过24小时的抗压强度试验。各样品中包括足够的水以提供约14.2ppg的密度。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表12
未发泡可固化组合物稠化时间试验：
H类水泥、H类CKD、页岩、粉煤灰和石灰
1使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100274
FINE LCM”材料。
实施例13
制备No.54样品组合物，并根据API Specification 10在140°F下进行流体损失测试。No.54样品组合物包含水、H类硅酸盐水泥(19.5重量％)、H类CKD(3.3重量％)、玻璃化页岩(3.3重量％)、“
Figure A20068004193100281
A”水泥添加剂(61重量％)、熟石灰(13重量％)、“
Figure A20068004193100282
23”流体损失控制剂(0.6重量％)和“
Figure A20068004193100283
-5”缓凝剂(0.1重量％)。该样品的密度为14.2ppg。因此，No.54样品组合物的硅酸盐水泥与CKD的重量比为75∶25。玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100284
FINE LCM”材料。
该流体损失试验的结果显示于下表中。
表13
未发泡可固化组合物流体损失试验：
H类水泥、H类CKD、页岩、粉煤灰和石灰
Figure A20068004193100285
1使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100286
FINE LCM”材料。
实施例14
在室温下制备一系列可固化样品组合物，并根据API Specification 10在140°F下经过24小时的抗压强度试验。各样品中包括足够的水以提供约14.2ppg的密度。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表14
未发泡可固化组合物抗压强度试验：
G类水泥、G类CKD、页岩、粉煤灰和石灰
Figure A20068004193100287
1使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100288
FINE LCM”材料。
因此，实施例10-14表明包含硅酸盐水泥、CKD、粉煤灰、熟石灰和任选的玻璃化页岩的可固化组合物可具有用于特定应用的合适的抗压强度、稠化时间和/或流体损失性能。
实施例15
按照下述步骤制备一系列发泡的样品组合物。对于各样品，制备包含水、A类硅酸盐水泥、A类CKD、玻璃化页岩、“
Figure A20068004193100291
A”水泥添加剂(61重量％)和熟石灰(13重量％)的基底样品组合物。该样品的密度为14.2ppg。使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100292
FINE LCM”材料。CKD、硅酸盐水泥和玻璃化页岩的量如下表所示有所差异。然后向各基底样品组合物中以2％ bvow的量加入“2000”发泡剂。接着，使各基底样品组合物发泡降至约12ppg。制备后，得到的发泡的样品组合物根据API Specification 10在140°F下进行10天的抗压强度试验。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表15
发泡可固化组合物抗压强度试验：
A类水泥、A类CKD、页岩、粉煤灰和石灰
Figure A20068004193100294
1使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100295
FINE LCM”材料。
实施例16
按照下述步骤制备一系列发泡的样品组合物。对于各样品，制备包含水、A类硅酸盐水泥、A类CKD、玻璃化页岩、“
Figure A20068004193100296
A”水泥添加剂(61重量％)和熟石灰(13重量％)的基底样品组合物。该样品的密度为14.2ppg。使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100301
FINE LCM”材料。CKD、硅酸盐水泥和玻璃化页岩的量如下表所示有所差异。然后向各基底样品组合物中以2％ bvow的量加入“
Figure A20068004193100302
2000”发泡剂。接着，使各基底样品组合物发泡降至约12ppg。制备后，得到的发泡的样品组合物根据API Specification 10在140°F下进行72小时的抗压强度试验。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表16
发泡可固化组合物抗压强度试验：
A类水泥、A类CKD、页岩、粉煤灰和石灰
1使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100304
FINE LCM”材料。
实施例17
按照下述步骤制备No.74发泡的样品组合物。制备包含水、G类硅酸盐水泥(19.5重量％)、G类CKD(6.5重量％)、“
Figure A20068004193100305
A”水泥添加剂(61重量％)和熟石灰(13重量％)的基底样品组合物。该基底样品的密度为14.2ppg。然后向各基底样品组合物中加入2％ bvow的量的“
Figure A20068004193100306
2000”发泡剂。接着，使各基底样品组合物发泡降至约12ppg。制备后，得到的发泡的样品组合物根据API Specification 10在140°F下进行72小时的抗压强度试验。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表17
发泡可固化组合物抗压强度试验：G类水泥、G类CKD、粉煤灰和石灰
Figure A20068004193100311
因此，实施例15-17表明包含硅酸盐水泥、CKD、粉煤灰、熟石灰和任选的玻璃化页岩的发泡可固化组合物可具有用于特定应用的合适的抗压强度。
实施例18
在室温下制备一系列可固化样品组合物，并根据API Specification 10在180°F下进行24小时的抗压强度试验。该样品包含水、A类CKD、A类硅酸盐水泥、沸石、玻璃化页岩和熟石灰。使用的玻璃化页岩为“PRESSUR-
Figure A20068004193100312
FINE LCM”材料。各组分的量如下表所示有所差异。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表18
未发泡可固化组合物抗压强度试验：
A类水泥、A类CKD、沸石、页岩和石灰
样品   密度(ppg)  A类硅酸盐水泥(重量％)   A类CKD(重量％)   沸石(重量％)   玻璃化页岩1(重量％)   熟石灰(重量％)   180°F下24小时抗压强度(psi)
  No.75   13.3  50   25   25   0   0   1915
  No.76   12.75  50   25   12.5   12.5   0   2190
  No.77   11.6  0   75   10   25   0   31.6
  No.78   12.8  25   50   23.5   0   0   875
  No.79   12.5  25   50   12.5   12.5   0   923
  No.80   11.5  0   70   10   15   5   116.4
1使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100313
FINE LCM”材料。
实施例19
按照下述步骤制备No.81发泡的样品组合物。制备包含水、A类沸石硅酸盐水泥、A类CKD和沸石的基底样品组合物。该基底样品的密度为14.2ppg。然后加入2％ bvow的量的“
Figure A20068004193100321
2000”发泡剂。接着，使各基底样品组合物发泡降至约12ppg。制备后，得到的发泡的样品组合物根据API Specification 10在140°F下进行72小时的抗压强度试验。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表19
发泡可固化组合物抗压强度试验：A类水泥、A类CKD和沸石
样品   基底密度(ppg)   泡沫密度(ppg)   A类硅酸盐水泥(重量％)  A类CKD(重量％)   沸石(重量％) 140°F下72小时抗压强度(psi)
  No.81   13.35   12   50  25   25   972
实施例20
在室温下制备No.82样品组合物，并根据API Specification 10在180°F下进行24小时的抗压强度试验。No.82样品组合物包含水、H类硅酸盐水泥、H类CKD、沸石和玻璃化页岩。使用的玻璃化页岩为“PRESSUR-
Figure A20068004193100322
FINE LCM”材料。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表20
未发泡可固化组合物抗压强度试验：H类水泥、H类CKD、沸石和页岩
样品 密度(ppg)  H类硅酸盐水泥(重量％)   H类CKD(重量％)   沸石(重量％)   玻璃化页岩1(重量％) 180°F下24小时抗压强度(psi)
  No.82   15.2  50   25   12.5   12.5   2280
1使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-FINE LCM”材料。
实施例21
在室温下制备No.83样品组合物，并根据API Specification 10在140°F下进行稠化时间和流体损失试验。No.83样品组合物包含A类硅酸盐水泥(50重量％)、A类CKD(25重量％)、沸石(12.5重量％)、玻璃化页岩(12.5重量％)、“
Figure A20068004193100324
23”流体损失控制剂(0.75重量％)和“
Figure A20068004193100325
-5”缓凝剂(0.5重量％)。该样品的密度为12.75ppg。使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100331
FINE LCM”材料。
流体损失和稠化时间试验的结果显示于下表中。
表21
未发泡可固化组合物稠化时间和流体损失试验：
A类水泥、A类CKD、沸石和页岩
样品   A类硅酸盐水泥(重量％)   A类CKD(重量％)   沸石(重量％)   玻璃化页岩1(重量％)   140°F下至70BC的稠化时间(分钟:小时)   在140°F下30分钟的液体损耗(ml)
  No.83   50   25   12.5   12.5   8:54   196
1使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-FINE LCM”材料。
因此，实施例18-21表明包含硅酸盐水泥、CKD、沸石和任选的玻璃化页岩的发泡的和未发泡可固化组合物可具有用于特定应用的合适的抗压强度。
实施例22
在室温下制备一系列可固化样品组合物，并根据API Specification 10在190°F下进行24小时的抗压强度试验。该样品组合物包含水、矿渣水泥、H类CKD、H类硅酸盐水泥、碳酸钠和熟石灰。所述矿渣水泥含有6重量％的碳酸钠。各组分的量如下表所示有所差异。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表22
未发泡可固化组合物抗压强度试验：
H类水泥、H类CKD、矿渣水泥和石灰
样品 密度(ppg)  H类硅酸盐水泥(重量％)   H类CKD(重量％)   矿渣水泥(重量％)   熟石灰(重量％)   190°F下24小时抗压强度(psi)
  No.84  13.2  0   50   45   5   123.6
  No.85  13.6  0   50   50   0   170.3
  No.86  14  30   50   20   0   183.2
  No.87  15  30   20   50   0   563
实施例23
在室温下制备一系列发泡的可固化样品组合物，并根据APISpecificaion 10在140°F下进行72小时的抗压强度试验。对于各样品，基底样品组合物包含水、矿渣水泥、H类CKD、H类硅酸盐水泥和熟石灰。各组分的量如下表所示有所差异。所述矿渣水泥含有6重量％的碳酸钠。然后向各基底样品组合物中以2％ bvow的量加入“
Figure A20068004193100341
2000”发泡剂。接着，使各基底样品可固化组合物发泡降至约11ppg。制备后，得到的发泡的样品可固化组合物根据API Specification 10在140°F下进行72小时的抗压强度试验。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表23
发泡可固化组合物抗压强度试验：H类水泥、H类CKD、矿渣水泥和石灰
样品   基底密度(ppg)  泡沫密度(ppg)  H类硅酸盐水泥(重量％)   H类CKD(重量％)  矿渣水泥(重量％)   熟石灰(重量％)   140°F下72小时抗压强度(psi)
  No.88   13.63  11  0   50  45   5   148.9
  No.89   13.68  11  0   50  50   0   161.1
  No.90   14.07  11  30   50  20   0   125
因此，实施例22-23表明包含CKD、矿渣水泥、任选的水硬水泥和任选的熟石灰的发泡的和未发泡可固化组合物可具有用于特定应用的合适的抗压强度。
实施例24
在室温下制备一系列可固化样品组合物，并根据API Specificaion 10在180°F下进行24小时的抗压强度试验。样品组合物包含水、硅酸盐水泥、CKD、偏高岭土和玻璃化页岩。各组分的量如下表所述有所差异。使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100342
FINE LCM”材料。该系列试验使用了A类硅酸盐水泥，只是在No.93样品中使用了H类硅酸盐水泥。该系列试验使用了A类CKD，只是在No.93样品中使用了H类CKD。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表24
抗压强度试验：水泥CKD、偏高岭土和页岩
样品   密度(ppg)   硅酸盐水泥(重量％)   CKD(重量％)   偏高岭土(重量％)   玻璃化页岩1(重量％)   180°F下24小时抗压强度(psi)
  No.91   12.75   50   25   12.5   12.5   1560
  No.92   13.5   50   25   25   0   1082
  No.93   13   25   50   12.5   12.5   1410
1使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100351
FINE LCM”材料。
实施例25
在室温下制备一系列发泡的可固化样品组合物，并根据APISpecification 10在180°F下进行72小时的抗压强度试验。对于各样品，制备包含水、硅酸盐水泥、CKD、偏高岭土和玻璃化页岩的基底样品组合物。各组分的量如下表所述有所差异。使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100352
FINE LCM”材料。该系列试验使用了A类硅酸盐水泥，只是在No.96样品中使用了H类硅酸盐水泥。该系列试验使用了A类CKD，只是在No.96样品中使用了H类CKD。然后在各基底样品组合物中加入2％ bvow的量的“
Figure A20068004193100353
2000”发泡剂。接着，使各基底样品组合物发泡以降至下表中所示的密度。
抗压强度试验的结果显示于下表中。
表25
发泡可固化组合物抗压强度试验：水泥、CKD、偏高岭土和页岩
样品   基底密度(ppg)   泡沫密度(ppg)  硅酸盐水泥(重量％) CKD(重量％)   偏高岭土(重量％)   玻璃化页岩1(重量％)   180°F下72小时抗压强度(psi)
  No.94   12.75   9.85  50   25   12.5   12.5   651
  No.95   13.5   9.84  50   25   25   0   512
  No.96   13   9.57  25   50   12.5   12.5   559
1使用的玻璃化页岩是“PRESSUR-
Figure A20068004193100354
FINE LCM”材料。
因此，实施例24-25表明包含水硬水泥、CKD、偏高岭土和任选的玻璃化页岩的发泡的和未发泡可固化组合物可具有用于特定应用的合适的抗压强度。
因此，本发明很适合实现这里提到的以及其中固有的目的和优势。虽然本领域技术人员可做很多改变，但这种改变包括在附加的权利要求所限定的本发明的精神内。除非专利权人另外做了明确和清楚的定义，权利要求中的术语具有它们明白的、普通的含义。

Claims (43)

1、发泡可固化组合物，其包含：
水；
水泥窑粉尘；
气体；和
表面活性剂。
2、权利要求1的发泡可固化组合物，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5-100重量％的范围内。
4、权利要求1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。
5、权利要求1的发泡可固化组合物，其中所述发泡可固化组合物还包含水硬水泥。
6、权利要求5的发泡可固化组合物，其中所述水硬水泥包含下列物质中的至少一种：硅酸盐水泥；火山灰水泥；石膏水泥；高矾土含量水泥；矿渣水泥；硅石水泥；及它们的组合。
7、权利要求1的发泡可固化组合物，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。
8、权利要求1的发泡可固化组合物，其中所述发泡可固化组合物中水硬水泥的含量在约50-约90重量％的范围内。
9、权利要求1的发泡可固化组合物，其中所述发泡可固化组合物还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。
10、权利要求1的发泡可固化组合物，其中所述气体包含下列物质中的至少一种：空气；氮气；及它们的组合。
11、权利要求1的发泡可固化组合物，其中以发泡水泥组合物的体积计，所述发泡可固化组合物中气体的量在约10-约80％的范围内。
12、权利要求1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。
13、权利要求12的发泡可固化组合物，其中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。
14、权利要求1的发泡可固化组合物，其中所述发泡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。
15、发泡可固化组合物，其包含
水；
约10-约50重量％范围内的水泥窑粉尘；
约50-约90重量％范围内的硅酸盐水泥；
气体；和
发泡和稳定化表面活性剂组合物。
16、权利要求15的发泡可固化组合物，其中所述发泡可固化组合物还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。
17、权利要求15的发泡可固化组合物，其中所述气体包含下列物质中的至少一种：空气；氮气；及它们的组合。
18、权利要求15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。
19、权利要求15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。
20、权利要求15的发泡可固化组合物，其中以发泡可固化组合物中水的体积计，发泡可固化组合物中所述发泡和稳定化表面活性剂组合物的量在约0.8-约5％的范围内。
21、胶结方法，其包括：
提供包含水、水泥窑粉尘、气体和表面活性剂的发泡可固化组合物；
将所述发泡可固化组合物引入待胶结处；并
使所述发泡可固化组合物在那里形成硬化物。
22、权利要求21的方法，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。
23、权利要求21的方法，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。
24、权利要求21的方法，其中所述发泡可固化组合物还包含水硬水泥。
25、权利要求24的方法，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。
26、权利要求21的方法，其中所述发泡可固化组合物还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。
27、权利要求21的方法，其中所述气体包含下列物质中的至少一种：空气；氮气；及它们的组合。
28、权利要求21的方法，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的方法，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21的方法，其中所述发泡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。
31、权利要求21的方法，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
以发泡可固化组合物中水的体积计，发泡可固化组合物中所述表面活性剂组合物的量在约0.8-约5％的范围内。
32、权利要求21的方法，其中所述待胶结处在地面以上或在地层内。
33、权利要求21的方法，其中将发泡可固化组合物引入待胶结处的步骤包括：
将发泡可固化组合物引入位于井眼中的管柱和井眼壁之间的环形区中。
34、权利要求21的方法，其中将发泡可固化组合物引入待胶结处的步骤包括：
将发泡可固化组合物引入砾石充填体部分或地层部分，其中硬化物密封砾石充填体部分或地层部分。
35、权利要求21的方法，其中将发泡可固化组合物引入待胶结处的步骤包括：
将发泡可固化组合物引入位于井眼中的管柱中或位于管柱和井眼壁之间的环形区中的水泥壳中的空隙中，其中硬化物密封所述空隙。
36、权利要求21的方法，其还包括：
在所述硬化物中钻孔，其中所述硬化物位于地层中；并
通过硬化物中的洞钻井眼。
37、胶结位于井眼中的管柱的方法，其包括：
提供包含水、水泥窑粉尘、气体和表面活性剂的发泡可固化组合物；
将所述发泡可固化组合物引入管柱和井眼壁之间的环形区中；
使发泡可固化组合物在所述环形区中固化。
38、权利要求37的方法，其中所述发泡可固化组合物还包含下列物质中的至少一种：水硬水泥；粉煤灰；页岩；沸石；矿渣水泥；偏高岭土；及它们的组合。
39、权利要求37的方法，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
以发泡可固化组合物中水的体积计，发泡可固化组合物中所述表面活性剂组合物的量在约0.8-约5％的范围内。
40、权利要求37的方法，其中所述硬化物固定井眼中的管柱。
41、胶结方法，其包括：
提供包含水、水泥窑粉尘和表面活性剂的可固化组合物；
用气体使可固化组合物发泡以形成发泡可固化组合物；
将所述发泡可固化组合物引入待胶结处；并
使所述发泡可固化组合物在那里固化。
42、权利要求41的方法，其中所述发泡可固化组合物还包含下列物质中的至少一种：水硬水泥；粉煤灰；页岩；沸石；矿渣水泥；偏高岭土；及它们的组合。
43、权利要求41的方法，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
以发泡可固化组合物中水的体积计，发泡可固化组合物中所述表面活性剂组合物的量在约0.8-约5％的范围内。
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