CN110959035A - 包括波特兰水泥熟料的堵漏组合物(lcm) - Google Patents
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Abstract
本发明提供了包含波特兰水泥熟料以减轻或防止井中的井漏的波特兰水泥熟料LCM。波特兰水泥熟料LCM可包含波特兰水泥熟料、波特兰水泥、载液和无机固结活化剂。另一种波特兰水泥熟料LCM可包含波特兰水泥熟料和诸如经由钙离子交联的多糖醛酸苷或经由二乙烯基砜交联的多糖之类的交联流体。另一种波特兰水泥熟料LCM可包含波特兰水泥熟料和聚合物纤维或颗粒状玻璃。本发明还提供了使用波特兰水泥熟料LCM进行井漏控制的方法。
Description
技术领域
本公开主要涉及诸如在钻井或固井作业期间控制井中的井漏。更具体而言，本公开的实施方案涉及堵漏材料(LCM)。
背景技术
在油气井的钻井和生产作业期间会遇到各种挑战。例如，在钻井、完井或井眼维修中使用的流体可能在使该流体在井眼中循环时漏失到地下地层中。这种井漏可能在作业的任何阶段期间遇到，并在泵入井中的流体(如钻井液)部分返回或不返回地面时发生。井漏可能与井控、井眼不稳定、卡钻、不成功的试采、不充分的地层隔离、完井后差的烃产量以及由泥浆颗粒堵塞孔隙和孔喉造成的地层损害的问题有关。井漏可以发生在诸如天然裂隙性地层、溶洞性地层和高渗透性地层之类的各种地层中。失水量的程度和使用LCM控制井漏的能力取决于发生井漏的地层类型以及井漏区域的尺寸。在井漏情况中产生的费用可能是由于损失时间、钻井液损失以及产量损失而产生的。
发明内容
堵漏材料(LCM)用于通过阻塞井眼流体(例如，钻井液)进入地层的路径来减轻井漏。在井漏情况中使用的LCM的类型取决于井漏的程度和地层的类型。堵漏材料可包括不同的类型，如纤维材料、片状材料、粒状材料等。现有的LCM在减轻和防止某些地层中的井漏方面可能表现不佳。例如，岩溶地层(例如，白云岩地层)的漏失区域内的大的孔洞开口可消耗在钻井期间向井下泵送的所有流体和固体。这包括水泥、大块的经研磨的大理石以及纤维、薄片、颗粒、高降滤失剂(high fluid loss squeeze)和可固化树脂形式的各种堵漏材料。现有的LCM在这种地层中是有问题的，因为现有的LCM不能提供形成机械性能良好且耐压的密封的方法，尤其是当漏失严重时。
在水泥窑中的水泥生产过程中，通常在约1600℃的温度下生产水泥熟料。冷却后，熟料可能包含粉末、不规则形状的块和球形球的混合物。为了生产可用的水泥，将水泥熟料与助磨剂和抗速凝剂混合，然后研磨至所需的粒度。然而，当将熟料与水混合时，熟料不会像水泥那样凝固，而普通的水泥促凝剂在活化熟料材料和生产具有适用于经研磨的水泥的范围内的抗压强度的粘结性凝固水泥方面无效。熟料性能的一个影响因素是由于较大的粒度以及水无法到达并水化所有可用的胶凝成分而导致反应表面积的减少。一部分熟料可包含相对较大的颗粒，这些颗粒难以悬浮在水性载液中，水泥的比重是水的比重的约3.15倍，这使得问题更加复杂。
本公开的实施方案包括波特兰水泥熟料LCM，该波特兰水泥熟料LCM包含波特兰水泥熟料以减轻或防止井中的井漏。有利地，可以将水泥熟料LCM组合物中使用的不同粒度的熟料一起压实以形成渗透性相对较低的紧密压实的堵头。此外，水泥熟料组合物中使用的熟料或水泥的即使部分凝固也可以降低所形成的堵头的渗透性并提高堵头的强度，从而进一步改善对井漏区域中井眼流体漏失的减轻和防止。
在一个实施方案中，提供了一种LCM组合物，其包含波特兰水泥熟料、水泥、载液和无机固结活化剂，无机固结活化剂，当将组合物引入井漏区域时，所选择的无机固结活化剂使组合物中的熟料固结以形成堵头。在一些实施方案中，载液为水性载液，该水性载液包含迪特胶(diutan gum)、黄原胶和文莱胶(welan gum)中的至少一种。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料为ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，水泥为API G级水泥。在一些实施方案中，无机固结活化剂包括硅酸盐。在一些实施方案中，无机固结活化剂包括硅酸钠、铝酸钙、氯化钙、铝酸钠和硅酸钾中的至少一种。在一些实施方案中，无机固结活化剂的含量范围为总重量的约1.0重量％(w/w％)至约3.0w/w％。在一些实施方案中，载液与熟料的重量比为1:1。在一些实施方案中，水泥熟料与水泥的重量比在60:40至70:30的范围内。在一些实施方案中，LCM组合物包含多个聚合物纤维。在一些实施方案中，聚合物纤维包括聚丙烯纤维。在一些实施方案中，LCM组合物包含长径比大于或小于1的颗粒状玻璃。在一些实施方案中，颗粒状玻璃包括多个玻璃纤维或多个玻璃薄片。
在另一个实施方案中，提供了一种控制井眼中的井漏区域中的井漏的方法，该方法包括将堵漏材料(LCM)引入井眼，使得LCM接触井漏区域，并且与引入LCM之前的时间段相比，降低进入井漏区域的漏失率。LCM包含波特兰水泥熟料、水泥、载液和无机固结活化剂，无机固结活化剂，当将组合物引入井漏区域时，所选择的无机固结活化剂使组合物中的熟料固结以形成堵头。在一些实施方案中，载液为水性载液，该水性载液包含迪特胶、黄原胶和文莱胶中的至少一种。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料为ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，水泥为API G级水泥。在一些实施方案中，无机固结活化剂包括硅酸盐。在一些实施方案中，无机固结活化剂包括硅酸钠、铝酸钙、氯化钙、铝酸钠和硅酸钾中的至少一种。在一些实施方案中，无机固结活化剂的含量范围为总重量的约1.0重量％(w/w％)至约3.0w/w％。在一些实施方案中，载液与熟料的重量比为1:1。在一些实施方案中，水泥熟料与水泥的重量比在60:40至90:10的范围内。在一些实施方案中，该方法包括使LCM与井漏区域保持接触一段时间，使得LCM形成堵头。在一些实施方案中，该一段时间在24小时至76小时的范围内。在一些实施方案中，井漏区域位于岩溶地层中。在一些实施方案中，将堵漏材料(LCM)引入井眼包括：将LCM与水混合以形成混合物；以及将混合物泵入井漏区域。
在另一个实施方案中，提供了一种LCM组合物，其包含波特兰水泥熟料和多糖醛酸苷，所选择的多糖醛酸苷在由水性流体从熟料中溶出的钙的存在下交联。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，多糖醛酸苷包括藻酸盐或果胶。在一些实施方案中，多糖醛酸苷包括苹果果胶或柑橘果胶。在一些实施方案中，多糖醛酸苷的含量范围为按水的重量计、总重量的0.5重量％(w/w％)至按水的重量计3w/w％。在一些实施方案中，水泥熟料包含各自直径大于1厘米的多个颗粒。
在另一个实施方案中，提供了一种控制井眼中的井漏区域中的井漏的方法，该方法包括将堵漏材料(LCM)引入井眼，使得LCM接触井漏区域，并且与引入LCM之前的时间段相比，降低进入井漏区域的漏失率。LCM组合物包含波特兰水泥熟料和多糖醛酸苷，所选择的多糖醛酸苷在从熟料中溶出的钙的存在下交联。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，多糖醛酸苷包括藻酸盐或果胶。在一些实施方案中，多糖醛酸苷包括苹果果胶或柑橘果胶。在一些实施方案中，多糖醛酸苷的含量范围为按水的重量计、总重量的0.5重量％(w/w％)至按水的重量计3w/w％。在一些实施方案中，水泥熟料包含各自直径大于1厘米的多个颗粒。在一些实施方案中，该方法包括使LCM与井漏区域保持接触一段时间，使得LCM形成堵头。在一些实施方案中，该一段时间在24小时至76小时的范围内。在一些实施方案中，井漏区域位于岩溶地层中。在一些实施方案中，将堵漏材料(LCM)引入井眼包括：将LCM与具有溶解的多糖醛酸苷的水混合以形成混合物；以及将混合物泵入井漏区域。
在另一个实施方案中，提供了一种LCM组合物，其包含波特兰水泥熟料、生物聚合物和二乙烯基砜(DVS)，所选择的生物聚合物在DVS的存在下交联。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，生物聚合物包括下列中的至少一种：黄原胶、羟乙基纤维素、迪特胶、文莱胶和瓜尔胶。在一些实施方案中，生物聚合物包括黄原胶和瓜尔胶的组合。在一些实施方案中，生物聚合物的含量范围为总重量的0.5重量％(w/w％)至0.8w/w％。在一些实施方案中，生物聚合物与DVS的重量比在1:1至1:0.5的范围内。在一些实施方案中，LCM组合物包含足以将多糖和DVS的溶液的pH调节至至少8.5的量的氢氧化钠。在一些实施方案中，水泥熟料包含各自直径大于1厘米的多个颗粒。
在另一个实施方案中，提供了一种控制井眼中的井漏区域中的井漏的方法，该方法包括将堵漏材料(LCM)引入井眼，使得LCM接触井漏区域，并且与引入LCM之前的时间段相比，降低进入井漏区域的漏失率。LCM组合物包含波特兰水泥熟料、生物聚合物和二乙烯基砜(DVS)，所选择的生物聚合物在DVS的存在下交联。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，生物聚合物包括下列中的至少一种：黄原胶、羟乙基纤维素、迪特胶、文莱胶和瓜尔胶。在一些实施方案中，生物聚合物包括黄原胶和瓜尔胶的组合。在一些实施方案中，生物聚合物的含量范围为总重量的0.5重量％(w/w％)至0.8w/w％。在一些实施方案中，生物聚合物与DVS的重量比在1:1至1:0.5的范围内。在一些实施方案中，LCM组合物包含足以将LCM组合物的pH调节至至少8.5的量的氢氧化钠。在一些实施方案中，水泥熟料包含各自直径大于1厘米的多个颗粒。在一些实施方案中，该方法包括使LCM与井漏区域保持接触一段时间，使得LCM形成堵头。在一些实施方案中，该一段时间在24小时至76小时的范围内。在一些实施方案中，井漏区域位于岩溶地层中。在一些实施方案中，将堵漏材料(LCM)引入井眼包括：将LCM与水混合以形成混合物；以及将混合物泵入井漏区域。
在另一个实施方案中，提供了一种LCM组合物，其包含波特兰水泥熟料、载液和多个聚合物纤维。在一些实施方案中，多个聚合物纤维包括多个聚丙烯纤维。在一些实施方案中，多个聚合物纤维各自的长度在1毫米(mm)至6毫米的范围内。在一些实施方案中，多个聚合物纤维包括多个聚丙烯腈纤维。在一些实施方案中，多个聚合物纤维的含量范围为总重量的0.25重量％(w/w％)至1.0w/w％。在一些实施方案中，载液包含迪特胶、黄原胶和文莱胶中的至少一种。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，LCM组合物包含水泥。在一些实施方案中，水泥包括API G级水泥。在一些实施方案中，水泥熟料与水泥的重量比在60:40至90:10的范围内。
在另一个实施方案中，提供了一种控制井眼中的井漏区域中的井漏的方法，该方法包括将堵漏材料(LCM)引入井眼，使得LCM接触井漏区域，并且与引入LCM之前的时间段相比，降低进入井漏区域的漏失率。LCM组合物包含波特兰水泥熟料、载液和多个聚合物纤维。在一些实施方案中，多个聚合物纤维包括多个聚丙烯纤维。在一些实施方案中，多个聚合物纤维各自的长度在1毫米(mm)至6毫米的范围内。在一些实施方案中，多个聚合物纤维的含量范围为总重量的0.25重量％(w/w％)至1.0w/w％。在一些实施方案中，载液包含迪特胶、黄原胶和文莱胶中的至少一种。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，LCM组合物包含水泥。在一些实施方案中，水泥包括API G级水泥。在一些实施方案中，水泥熟料与水泥的重量比在60:40至90:10的范围内。在一些实施方案中，该方法包括使LCM与井漏区域保持接触一段时间，使得LCM形成堵头。在一些实施方案中，该一段时间在24小时至76小时的范围内。在一些实施方案中，井漏区域位于岩溶地层中。在一些实施方案中，将堵漏材料(LCM)引入井眼包括：将LCM与水混合以形成混合物；以及将混合物泵入井漏区域。
在另一个实施方案中，提供了一种LCM组合物，其包含波特兰水泥熟料、载液和长径比大于1或小于1的颗粒状玻璃。在一些实施方案中，颗粒状玻璃为各自长度在1毫米(mm)至6毫米的范围内的多个玻璃纤维。在一些实施方案中，颗粒状玻璃的含量范围为总重量的0.25重量％(w/w％)至2.0w/w％。在一些实施方案中，载液为水性载液，该水性载液包含迪特胶、黄原胶和文莱胶中的至少一种。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，LCM组合物包含水泥。在一些实施方案中，水泥包括API G级水泥。在一些实施方案中，水泥熟料与水泥的重量比在60:40至90:10的范围内。
在另一个实施方案中，提供了一种控制井眼中的井漏区域中的井漏的方法，该方法包括将堵漏材料(LCM)引入井眼，使得LCM接触井漏区域，并且与引入LCM之前的时间段相比，降低进入井漏区域的漏失率。LCM组合物包含波特兰水泥熟料、载液和长径比大于1或小于1的颗粒状玻璃。在一些实施方案中，颗粒状玻璃各自的长度在1毫米(mm)至6毫米的范围内。在一些实施方案中，颗粒状玻璃的含量范围为总重量的0.25重量％(w/w％)至2.0w/w％。在一些实施方案中，载液为水性载液，该水性载液包含迪特胶、黄原胶和文莱胶中的至少一种。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，LCM组合物包含水泥。在一些实施方案中，水泥包括API G级水泥。在一些实施方案中，水泥熟料与水泥的重量比在60:40至90:10的范围内。在一些实施方案中，该方法包括使LCM与井漏区域保持接触一段时间，使得LCM形成堵头。在一些实施方案中，该一段时间在24小时至76小时的范围内。在一些实施方案中，井漏区域位于岩溶地层中。在一些实施方案中，将堵漏材料(LCM)引入井眼包括：将LCM与水混合以形成混合物；以及将混合物泵入井漏区域。
在另一个实施方案中，提供了一种LCM组合物，其包含波特兰水泥熟料和载液。在一些实施方案中，载液为水性载液，该水性载液包含迪特胶、黄原胶和文莱胶中的至少一种。在一些实施方案中，载液为钻井液。在一些实施方案中，载液为非水性流体。在一些实施方案中，载液为水性钻井液。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，载液与熟料的重量比为1:1。在一些实施方案中，LCM组合物包含多个聚合物纤维。在一些实施方案中，聚合物纤维包括聚丙烯纤维。在一些实施方案中，LCM组合物包含长径比大于或小于1的颗粒状玻璃。在一些实施方案中，颗粒状玻璃包括多个玻璃纤维或多个玻璃薄片。
在另一个实施方案中，提供了一种控制井眼中的井漏区域中的井漏的方法，该方法包括将堵漏材料(LCM)引入井眼，使得LCM接触井漏区域，并且与引入LCM之前的时间段相比，降低进入井漏区域的漏失率。LCM包含波特兰水泥熟料和载液。在一些实施方案中，载液为水性载液，该水性载液包含迪特胶、黄原胶和文莱胶中的至少一种。在一些实施方案中，载液为钻井液。在一些实施方案中，载液为非水性流体。在一些实施方案中，载液为水性钻井液。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，载液与熟料的重量比为1:1。在一些实施方案中，LCM组合物包含多个聚合物纤维。在一些实施方案中，聚合物纤维包括聚丙烯纤维。在一些实施方案中，LCM组合物包含长径比大于或小于1的颗粒状玻璃。在一些实施方案中，颗粒状玻璃包括多个玻璃纤维或多个玻璃薄片。
在另一个实施方案中，提供了一种LCM组合物，其包含波特兰水泥熟料、水泥和载液。在一些实施方案中，载液为水性载液，该水性载液包含迪特胶、黄原胶和文莱胶中的至少一种。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，水泥为API G级水泥。在一些实施方案中，载液与水泥熟料的重量比为1:1。在一些实施方案中，水泥熟料与水泥的重量比在60:40至90:10的范围内。在一些实施方案中，LCM组合物包含多个聚合物纤维。在一些实施方案中，聚合物纤维包括聚丙烯纤维。在一些实施方案中，LCM组合物包含长径比大于或小于1的颗粒状玻璃。在一些实施方案中，颗粒状玻璃包含多个玻璃纤维或多个玻璃薄片。
在另一个实施方案中，提供了一种控制井眼中的井漏区域中的井漏的方法，该方法包括将堵漏材料(LCM)引入井眼，使得LCM接触井漏区域，并且与引入LCM之前的时间段相比，降低进入井漏区域的漏失率。LCM包含波特兰水泥熟料、水泥和载液。在一些实施方案中，载液为水性载液，该水性载液包含迪特胶、黄原胶和文莱胶中的至少一种。在一些实施方案中，波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。在一些实施方案中，水泥为API G级水泥。在一些实施方案中，载液与水泥熟料的重量比为1:1。在一些实施方案中，水泥熟料与水泥的重量比在60:40至90:10的范围内。在一些实施方案中，LCM组合物包含多个聚合物纤维。在一些实施方案中，聚合物纤维包括聚丙烯纤维。在一些实施方案中，LCM组合物包含长径比大于或小于1的颗粒状玻璃。在一些实施方案中，颗粒状玻璃包括多个玻璃纤维或多个玻璃薄片。
附图说明
图1为根据本公开的实施方案的具有和不具有硅酸钠的波特兰水泥熟料和黄原胶组合物的水化热的曲线图；
图2为在根据本公开的实施方案的不同波特兰水泥熟料组合物中使用的具有羟乙基纤维素和二乙烯基砜(DVS)作为交联流体的载液的粘度测量值的曲线图；
图3为在根据本公开的实施方案的不同波特兰水泥熟料组合物中使用的具有瓜尔胶和黄原胶以及DVS作为交联流体的载液的粘度测量值的曲线图；
图4为根据本公开的实施方案的具有不同粒度的ASTM I型水泥熟料的波特兰水泥熟料组合物的水化热的曲线图；
图5为根据本公开的实施方案的具有两种熟料粒度的ASTM I型水泥熟料的波特兰水泥熟料组合物的累积水化热的曲线图；以及
图6为根据本公开的实施方案的具有和不具有纤维的、具有API G级水泥的各种波特兰水泥熟料组合物的滤饼强度(由超声水泥分析仪(UCA)强度所示)的曲线图。
具体实施方式
现在将参考对本公开的实施方案进行图示的附图，对本公开进行更全面地描述。然而，本公开可以以许多不同的形式体现并且不应该被解释为限于所图示的实施方案。相反，提供这些实施方案是为了使本公开彻底和完整，并且这些实施方案将本公开的范围完全传达给本领域技术人员。
如本文所用，术语“水泥熟料”或“波特兰水泥熟料”是指不同于水泥且在水泥窑阶段期间的波特兰水泥的制造期间形成的物质。如本文所用，“水泥熟料”或“波特兰水泥熟料”是指非水硬性、非水泥质的未经研磨的波特兰水泥熟料颗粒。如本文所用，“水泥熟料”或“波特兰水泥熟料”不包括经研磨以促进其与水的反应性以形成凝固水泥的常规水泥。
本公开的实施方案包括波特兰水泥熟料LCM，该波特兰水泥熟料LCM包含波特兰水泥熟料以减轻或防止井中的井漏，从而最小化或防止(例如)洞穴型地层中的失水量。波特兰水泥熟料可包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级和API G级水泥熟料。在一些实施方案中，水泥熟料LCM还可包含水泥，如API G级水泥。在一些实施方案中，水泥熟料组合物包含载液，如黄原胶。在其他实施方案中，载液可为迪特胶或文莱胶。有利地，可以将水泥熟料LCM组合物中使用的不同粒度的熟料一起压实以形成渗透性相对较低的紧密压实的堵头。此外，水泥熟料组合物中使用的熟料或水泥的即使部分凝固也可以降低所形成的堵头的渗透性，从而进一步改善对井漏区域中井眼流体漏失的减轻和防止。此外，其他优点包括规定使用一种或多种选定尺寸的熟料，以排除其他尺寸的熟料作为诸如水性或非水性钻井液或水泥浆料之类的井眼流体中的LCM材料。
本公开的实施方案包括具有水泥熟料、水泥、水性载液和无机固结剂的水泥熟料LCM组合物。无机固结活化剂可为硅酸盐，如硅酸钠。在一些实施方案中，无机固结活化剂可包括(例如)铝酸钙、氯化钙、铝酸钠和硅酸钾。在一些实施方案中，LCM组合物可包含无机固结活化剂的组合，如铝酸钠和硅酸钾。LCM组合物可包含按固体重量计、含量范围为约1.0w/w％至约3.0w/w％的无机固结活化剂。
本公开的实施方案还包括具有水泥熟料和作为载液的交联水性流体的水泥熟料LCM组合物。在一些实施方案中，交联的流体为多糖醛酸苷，如藻酸盐或果胶酸盐。在这样的实施方案中，当与多糖醛酸苷混合时，交联流体通过从熟料中浸出或释放的钙离子交联。在一些实施方案中，交联流体为苹果果胶、柑橘果胶或海藻酸钠。在一些实施方案中，交联流体为与二乙烯基砜(DVS)交联的生物聚合物。生物聚合物可包括黄原胶、羟乙基纤维素、迪特胶、文莱胶和瓜尔胶或它们的组合。例如，在一些实施方案中，交联流体可为黄原胶和瓜尔胶的组合。在一些实施方案中，LCM组合物包含的生物聚合物与DVS的重量比在约1:1至1:0.5的范围内。在一些实施方案中，具有包含DVS的生物聚合物水性交联流体的LCM组合物可包含足以将水性组合物的pH调节至约8.5或更高的量的碱，如氢氧化钠(NaOH)，并且在添加熟料之前，可将水性组合物加热到至少150°F，直到粘度开始增加为止。有利地，交联流体适合于有效地悬浮具有低表面并且显著重于交联流体的相对较大的熟料颗粒(例如，大于1cm)。例如，这种具有交联流体的LCM组合物可与具有相对较大颗粒的水泥熟料(如具有直径大于1cm、大于2cm、大于3cm的颗粒或它们的组合的熟料)一起使用。
本公开的实施方案还包括具有水泥熟料、水性载液和长径比大于或小于1的聚合物纤维或颗粒状玻璃的水泥熟料LCM组合物。如果颗粒在一个方向(例如长度)上的尺寸不同于该颗粒在另一个方向(例如宽度或半径)上的尺寸，则称颗粒的“长径比大于或小于1”。聚合物纤维可包括聚丙烯纤维或聚丙烯腈纤维。在一些实施方案中，LCM组合物可包括含量在0.25w/w％至约1.0w/w％的范围内的聚合物纤维。在一些实施方案中，聚合物纤维的长度在约1mm至约6mm的范围内。在这样的实施方案中，LCM组合物可包括具有长径比的颗粒状玻璃。在一些实施方案中，颗粒状玻璃可包括玻璃纤维。玻璃纤维的长度可在约1mm至约6mm的范围内。可供选择地，在一些实施方案中，玻璃纤维可为具有较宽的长度分布的磨碎型玻璃纤维。玻璃纤维的化学组成可为耐碱型或E玻璃型。在一些实施方案中，颗粒状玻璃为具有不同面积及厚度的薄片型。所使用的颗粒状玻璃的量可在整个组合物的约0.25w/w％至约2.0w/w％的范围内。
本文所述的水泥熟料LCM可与流体(例如水)混合并引入井中的井漏区域。在一些实施方案中，在将水泥熟料LCM引入井漏区域后，可使水泥熟料LCM与井漏区域保持接触一段时间，使得LCM在井漏区域中的裂缝、缝隙、孔洞和其他空间中形成堵头。在一些实施方案中，该一段时间可为约24小时至约72小时。在一些实施方案中，可基于具有井漏区域的地层的类型来选择在水泥熟料LCM中使用的水泥熟料颗粒的尺寸(例如，直径)。例如，对于具有相对较大的裂缝和孔洞或小的洞穴的井漏区域，可选择包含直径为3厘米(cm)或更大的颗粒的水泥熟料。可供选择地，具有明确定义的直径的分级熟料颗粒可以单独使用或与其他分级熟料颗粒组合使用。例如，通过US#8筛孔但被#16筛孔保留的熟料颗粒可以单独使用或与其他使用不同组合的筛网类似地生产的分级熟料组合使用。可以将这种分级熟料颗粒添加至诸如水基或非水性钻井液或水泥浆料之类的井眼处理液中，以使井漏停止。
使用载液和无机固结活化剂的示例波特兰水泥熟料LCM组合物
本公开包括以下示例以说明本公开的实施方案。本领域技术人员应理解，以下示例中公开的技术和组合物表示被发现在本公开的实践中能够很好地起作用的技术和组合物，因此可以被认为是用于本公开实践的构成模式。然而，本领域技术人员应当理解，鉴于本公开内容，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以对所公开的具体实施方案进行许多改变并且仍然获得相同或相似的结果。
使用不同的波特兰水泥熟料和无机固结活化剂制备示例LCM组合物。可以理解，通过使用ASTM C150/C150M-12,波特兰水泥的标准规范,ASTM国际,宾夕法尼亚州西康舍霍肯(West Conshohocken),2012年和API规范10A,固井用水泥和材料的规范,2002年第23版,华盛顿特区：API认定的水泥类型对波特兰水泥熟料进行标识。由以下水泥类型获得五种波特兰水泥熟料：从美国德克萨斯州布达(Buda)的德克萨斯州Lehigh水泥公司LP获得的ASTM国际I型、从水泥厂获得的ASTM国际I型、从美国伊利诺伊州芝加哥(Chicago)的LaFarge公司获得的API A级以及从水泥厂获得的ASTM国际V型和API G级。对波特兰水泥熟料进行筛分，并收集通过No.4筛孔的样品以进行附加测试。表1示出了四种波特兰水泥熟料的筛分分析：
表1：波特兰水泥熟料的筛分分析
对于各熟料，将通过#4筛孔的材料用于进一步测试。表2示出了通常用于固井的重量比为70:30的熟料材料和经研磨的API G级水泥的混合物的筛分分析：
表2：重量比为7:3的波特兰水泥熟料和G级水泥混合物的筛分分析
评价了三种不同的聚合物在水中作为悬浮助剂(也称为“悬浮剂”)以形成载液并在室温下使熟料颗粒悬浮的能力：迪特胶、黄原胶和文莱胶。在典型的步骤中，将聚合物缓慢地倒入搅拌的水中。在约30分钟至约45分钟的溶解期间，保持较低的搅拌速度(小于每分钟500转)。载液与水泥固体的重量比保持为1:1。分别测试了浓度为约0.5重量％至约0.8重量％的迪特胶、黄原胶和文莱胶。发现在三种聚合物中，黄原胶最适合用于在室温下提供颗粒悬浮。因此，使用以下不同的黄原胶水溶液进行后续实验以形成用于悬浮不同尺寸的熟料颗粒的载液：0.3重量％的黄原胶溶液、0.6重量％的黄原胶溶液和0.8重量％的黄原胶溶液。如下所述，进行了各种水化测量。使用差示扫描量热法(DSC)对经筛分的熟料材料进行水泥水化测量。
测试了不同的无机化合物固结熟料浆料的能力。被测化合物包括以下无机固体盐和溶液：碳酸钠、硅酸钾固体、具有不同的氢氧化钠与二氧化硅比例的硅酸钠溶液和固体、铝酸钠、六偏磷酸钠、氯化钙、氯化钠、硫酸铝、硫酸钠和亚硝酸钙。
使用不同重量比的经筛分的I型波特兰水泥熟料和水泥窑粉尘的混合物在作为载液的0.8％的黄原胶溶液进行测试。发现水泥窑粉尘在固化后实现颗粒固结方面不如G级水泥有效。还发现，硅粉在固结能力方面不如水泥窑粉尘有效。
由不同重量比的各类型的波特兰水泥熟料(来自第一来源的ASTM国际I型、来自第二来源的ASTM国际I型、ASTM国际V型和API G级)和API G级水泥在作为悬浮介质的0.8％的黄原胶溶液中形成示例LCM组合物。固化过程中的游离水分离量是由固化的水泥堵头的重量与总浆料重量相比而确定的。将固化后的重量差用作为固化过程中分离出的游离水。
对于各示例组合物，测定固化期间分离出的游离水，并评价堵头的状态。测试结果如表3所示：
表3：波特兰水泥熟料和API G级水泥组合物的固化结果
使用在作为载液的0.3重量％的迪特胶溶液中的不同粒度的水泥熟料级分和硅酸钠的组合进行初始测试。测试表明，硅酸钠本身或与可溶性碳酸盐组合使用时，可在高温固化时实现水泥颗粒的固结。
图1为与不具有硅酸钠的对照组合物相比，具有硅酸钠的水泥熟料(即通过US#4筛孔的水泥熟料的级分)和黄原胶溶液组合物水化热的曲线图100。如图1所示，y轴102对应于以焦耳/克(J/g)为单位的热流量，并且x轴104对应于以小时为单位的时间。曲线图100示出了以下组合物的水化热：熟料-水组合物(由线106所示)、熟料和黄原胶溶液(由线108所示)、具有1.6w/w％硅酸钠的熟料和黄原胶溶液(由线110所示)以及具有0.8w/w％硅酸钠的熟料和黄原胶溶液(由线112所示)。图1示出了与不具有硅酸钠的对照样品相比，在更长的水化时间内的水化热的演变。
使用不同的波特兰水泥熟料和API G级水泥组合物的黄原胶溶液对各种无机固结活化剂进行测试。使用0.8％的黄原胶溶液制备ASTM国际I型(第一来源)、ASTM国际I型(第二来源)和ASTM国际V型波特兰水泥熟料组合物，并使用0.6％的黄原胶溶液制备API G级波特兰水泥熟料组合物。两种ASTM国际I型波特兰水泥熟料组合物还包含长度为3毫米(3mm)的聚丙烯纤维。
将各示例组合物在约180°F的温度下固化约3天。测定固化过程中分离出的游离水，并评价堵头的状态。来自测试的结果示于表4：
表4：使用不同无机固结活化剂的波特兰水泥熟料和API G级水泥组合物的固化结果
如表4所示，当与合适的波特兰水泥熟料和波特兰水泥组合物一起使用时，各种无机固结活化剂能够形成可凝固的流体阻流堵头，该堵头可用于减轻或防止井漏区域中的井漏。
使用交联多糖的示例波特兰水泥熟料组合物
使用API A级波特兰水泥熟料和交联多糖制备示例LCM组合物。对API A级波特兰水泥熟料进行筛分。筛分分析如表5所示：
表5：波特兰水泥熟料的筛分分析
使用#4筛孔网筛分大多数API A级波特兰水泥熟料，并收集通过筛网的熟料材料并用于本部分中所述的测试。其他类型的波特兰水泥熟料也使用#4筛孔网进行筛分，收集并用于本部分中所述的测试。其他波特兰水泥熟料得自以下水泥类型：ASTM国际I型、ASTM国际V型和API G级。
如上所述，评价了以下三种不同的聚合物溶解于水中以形成载液并在室温下悬浮熟料颗粒时起助悬剂作用的能力：迪特胶、黄原胶和文莱胶。载液与水泥固体的重量比保持为1:1。分别对浓度为约0.5％至约0.8％的迪特胶、黄原胶和文莱胶进行测试。发现在三种聚合物中，黄原胶最适合于在室温下提供颗粒悬浮。因此，后续实验使用0.3％的黄原胶溶液、0.6％的黄原胶溶液和0.8％的黄原胶溶液作为载液来悬浮不同尺寸的熟料颗粒。
使用两种不同类型的交联流体来制备示例波特兰水泥熟料组合物。使用二乙烯基砜(DVS)交联诸如黄原胶、羟乙基纤维素、迪特胶、文莱胶和瓜尔胶之类的生物聚合物的溶液。通过在约180°F下加热聚合物的碱性溶液来使溶液交联，并使用Brookfield粘度计监测粘度。使用2％的NaOH溶液将各溶液的pH调节到至少8.5。使用0.8％的黄原胶溶液，并且黄原胶与DVS的重量比为1:1至0.5。使用0.5％的迪特胶溶液，并且迪特胶与DVS的重量比为1:1至1:0.5不等。剩余的胶浓度及DVS比例与迪特胶溶液及比例相似。测试后，发现黄原胶、文莱胶和迪特胶溶液比诸如瓜尔胶和羟乙基纤维素之类的无规卷曲聚合物和非螺旋聚合物更不易与DVS交联。
使用相对较大尺寸的熟料颗粒进行测试。然而，当将较大的熟料颗粒(通过7/16英寸筛网但保留在No.4筛孔的筛网上的熟料颗粒)添加到黄原胶溶液中时，这些熟料颗粒沉淀到底部。这些颗粒的直径在约0.25英寸(0.6cm)至约0.58英寸(1.45cm)的范围内。示例波特兰水泥熟料还具有保留在7/16英寸筛网上的大于该范围的颗粒。使用与DVS交联的螺旋多糖聚合物和无规卷曲多糖聚合物的混合物制备示例波特兰水泥熟料组合物，使得一种聚合物交联，而另一种聚合物在交联网络内移动时保持其移动性。这样的组合物提供了这样的交联流体，其足够粘稠以悬浮大的熟料颗粒(例如，通过7/16英寸筛网但被No.4筛孔保留的颗粒)并形成可流动的凝胶。在静态条件下、在瓜尔胶/黄原胶混合物中，颗粒保持悬浮在组合物中超过一个月，而没有沉淀。
图2为各种羟乙基纤维素组合物的粘度测量值的曲线图200，其示出了DVS作为交联流体的用途。如图2所示，y轴202对应于以厘泊(cP)为单位的粘度，并且x轴204对应于以秒(sec)为单位的时间。图2中的曲线图200示出了加热至约180°F的以下组合物的粘度相对于时间的关系：由0.5％的羟乙基纤维素溶液和NaOH形成的羟乙基纤维素对照组合物(由线206所示)、由重量比为1:0.5的0.5％的羟乙基纤维素溶液和DVS形成的羟乙基纤维素组合物(由线306所示)以及由重量比为1:1的0.5％的羟乙基纤维素溶液和DVS形成的羟乙基纤维素组合物(由线308所示)。图2示出了由DVS促进的羟乙基纤维素的交联导致的粘度增大，从而示出了作为用作LCM的熟料的载液的适用性。
图3为不同瓜尔胶和黄原胶组合物的粘度测量值的曲线图300，其示出了DVS作为交联剂来形成载液的用途。如图3所示，y轴302对应于以厘泊(cP)为单位的粘度，并且x轴304对应于以秒(sec)为单位的时间。图3中的曲线图300示出了瓜尔胶和黄原胶组合物的粘度相对于时间的关系，其中该组合物由0.5％的瓜尔胶溶液、黄原胶和DVS形成，且瓜尔胶与DVS的重量比为1:0.5(由线306所示)。图3中的曲线图300还示出了瓜尔胶和黄原胶组合物的粘度相对于时间的关系，其中该组合物由0.5％的瓜尔胶溶液和DVS形成，且瓜尔胶与DVS的重量比为1:0.5的(由线308所示)。图3示出了与仅具有无规非螺旋多糖的组合物相比，由具有DVS交联剂的螺旋多糖和无规卷曲多糖的混合物产生的不同的粘度特性，从而示出了作为具有较大熟料颗粒的熟料的载液的适用性。
此外，使用多糖醛酸苷载液制备示例波特兰水泥熟料组合物。使用浓度为1.5％的苹果果胶和浓度为1.5％的柑橘果胶形成示例波特兰水泥熟料组合物。使用市售可得的海藻酸钠形成第三示例波特兰水泥熟料组合物。该组合物在室温下形成了高度触变的非沉淀浆料。将组合物存储在约180°F，从而产生流体的脱水收缩作用并形成游离水。示例藻酸盐和果胶均在少量熟料溶解后存在钙离子的情况下形成凝胶。从熟料中溶出的钙离子能够与示例藻酸盐或果胶形成“蛋箱(egg-crate)”钙络合物，从而示出了作为用作LCM的熟料的载液的适用性。因此，此类组合物也适合于用作LCM的熟料的悬浮，特别是用作具有较大熟料颗粒的熟料的载液。
使用高长径比材料的示例波特兰水泥熟料组合物
使用API A级波特兰水泥熟料和高长径比材料制备示例LCM组合物。对API A级波特兰水泥熟料进行筛分。筛分分析示于表6：
表6：波特兰水泥熟料的筛分分析
使用#4筛孔筛分大多数API A级波特兰水泥熟料，并收集通过筛网的熟料材料并用于本部分中所述的测试。其他类型的波特兰水泥熟料也使用#4筛孔进行筛分，收集并用于本部分中所述的测试。其他波特兰水泥熟料得自以下水泥类型：ASTM国际I型、ASTM国际V型和API G级。
如上所述，评价了三种不同的聚合物溶解于水中以形成载液并在室温下悬浮熟料颗粒时起助悬剂作用的能力：迪特胶、黄原胶和文莱胶。载液与水泥固体的重量比保持为1:1。分别对浓度为约0.5％至约0.8％的迪特胶、黄原胶和文莱胶进行测试。发现在三种聚合物中，黄原胶最适合于在室温下提供颗粒悬浮。因此，后续实验使用0.6％的黄原胶溶液和0.8％的黄原胶溶液作为载液来悬浮不同尺寸的熟料颗粒。
如下所述，进行了不同的水化测量。在25℃和70℃使用差示扫描量热法(DSC)对经筛分的熟料材料进行水泥水化测量。
使用具有可手动挤压的活塞的厨房面团挤压机(如用于将面团挤压并挤出成股的挤压机)进行井漏测量。使用具有不同孔尺寸和几何形状(包括不同直径的圆形孔和不同宽度的狭缝)的圆盘来模拟井漏的几何形状。通过混合1:1重量比的熟料和黄原胶溶液来制备悬浮在0.8％的黄原胶溶液中的示例水泥熟料组合物。使用预先组装好的包括活塞的盖子将糊料转移至测试装置中，并安装包括具有所需孔尺寸和几何形状的圆盘的底盖。使用特氟龙胶带覆盖测试装置主缸外侧的螺纹，以提供防漏密封。通过手动挤压活塞来施加压力，直到排出测试装置的滤液停止流动为止。测量滤液的重量。将测试装置拆开，并除去滤饼。
通过将滤饼装填到由美国亚利桑那州斯普林代尔(Springdale)的钱德勒仪器公司(Chandler Equipment Company)制造的超声波水泥分析仪(UCA)的单元中来测量滤饼材料的强度，并在检测温度下监测强度的发展。当强度趋于平稳时，停止测量。
还针对粒度分布对示例水泥熟料组合物进行了优化，以在放置时实现结构完整性。通过使水泥浆料在180°F固化约2天至约3天的范围并目视检查所形成的堵头，从而确定结构完整性。通过以不同的熟料与经研磨的水泥比例将水泥熟料与经研磨的油井水泥(APIG级水泥)混合来优化组合物。将由示例组合物形成的堵头与由100％熟料的组合物形成的堵头的堵头完整性进行比较。通过确定凝固的堵头从1.5英寸(直径)×9英寸(长度)的圆柱形底座模具脱模成完整圆柱体的难易程度以及通过堵头的完整性和脱模的堵头的接触强度来进行比较。将模具在约180°F的水浴中固化约48小时至约72小时。
图4为具有不同粒度的ASTM I型水泥熟料的不同熟料组合物的水化热的曲线图400。如图4所示，y轴402对应于以毫瓦/克(mW/g)为单位的热流量，并且x轴404对应于以小时为单位的时间。曲线图400示出了以下组合物的水化热：具有被No.4筛孔保留的颗粒的熟料组合物(由线406所示)、具有被No.8筛孔保留的颗粒的熟料组合物(由线408示出)、具有被No.16筛孔保留的颗粒的熟料组合物(由线410示出)和通过No.16筛孔的熟料颗粒的组合物。
图5为两种熟料粒度的ASTM I型水泥的累积水化热的曲线图500。如图5所示，y轴502对应于以焦耳(J)为单位的累积水化热，并且x轴504对应于以小时为单位的水化时间。曲线图500示出了具有被No.4筛孔保留的颗粒的熟料组合物(由线506所示)和具有被No.16筛孔保留的颗粒的熟料组合物(由线508所示)的水化热。
图4和图5所示的水化热与预期的粒度、表面积和与水的反应性之间的关系一致。即，与较大的颗粒相比，较小的颗粒水化并产生较多的热量。由水化产生的热量是后续强度发展的指标。结果表明，通过控制细水泥颗粒含量的量，可以控制水泥堵头的强度。
使用0.8％的黄原胶溶液制备具有和不具有纤维或薄片的各种示例波特兰水泥熟料组合物。在包含诸如不同的纤维或薄片材料之类的高长径比材料的示例组合物中，将这些材料干混到水泥中或预分散到混合流体中。玻璃薄片的厚度在约6.5μm至约8.5μm的范围内，其中80％或更多的颗粒在约150μm至约1700μm的范围内。
对于各示例组合物，测量滤饼的重量和滤液的重量。在一些实施方案中，使用可得自美国德克萨斯州休斯顿(Houston)的Bossco Industries公司的RadiLock纤维制备组合物。表7示出了具有或不具有纤维和筛网类型的各示例波特兰水泥熟料组合物的结果。
表7：具有或不具有纤维的示例波特兰水泥熟料组合物的滤饼形成的结果
图6为具有和不具有纤维的、具有G级水泥的各种波特兰水泥熟料组合物的滤饼强度(由UCA强度所示)的曲线图600。如图6所示，y轴602对应于以磅每平方英寸(psi)为单位的UCA强度，并且x轴604对应于以小时为单位的时间。图6示出了以下示例组合物的UCA强度：波特兰水泥熟料:水泥重量比为7:3且具有0.5w/w％的聚丙烯纤维(由线606所示)；波特兰水泥熟料:水泥重量比为7:3且不具有纤维(由线608所示)；波特兰水泥熟料:水泥重量比为7:3且具有0.25w/w％的聚丙烯纤维(由线610所示)；波特兰水泥熟料:水泥重量比为7:3且具有0.5w/w％的聚丙烯腈(PAN)纤维(由线612所示)；以及波特兰水泥熟料:水泥重量比为4:1且不具有纤维(由线614所示)。
如图6所示，与0.25w/w％的较低浓度相比，0.5w/w％的聚丙烯纤维实现了更高的强度。当以相同的量(0.5w/w％)使用时，所观察到的具有聚丙烯腈(PAN)纤维的组合物的滤饼强度低于所观察到的具有聚丙烯纤维的组合物的滤饼强度。聚丙烯纤维涂覆有分散剂涂层，以便在添加到水中后能够有效分散。与聚丙烯腈纤维相比，聚丙烯纤维在添加到水中时可更为有效且完全地使纤维分离成单独的细丝。
波特兰水泥熟料LCM组合物及用途
实施方案包括由波特兰水泥熟料和载液(例如，水性载液)形成的堵漏材料(LCM)组合物。波特兰水泥熟料可为ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级和APIG级水泥熟料。在其他实施方案中，可使用产生合适的水泥熟料的其他水泥类型。在一些实施方案中，LCM组合物包括水泥。在一些实施方案中，LCM组合物中使用的水泥可为API G级水泥。在其他实施方案中，可使用在组合物固化时提供合适的颗粒固结的其他水泥类型。在一些实施方案中，水泥熟料与水泥的重量比在约60:40至约90:10的范围内。
在一些实施方案中，可以基于井漏区域(如基于井漏区域中的开口的尺寸)来选择用于水泥熟料LCM组合物的水泥熟料的颗粒的尺寸(例如，直径)。例如，对于具有相对较大的裂缝和孔洞或小的洞穴的井漏区域，可选择包含直径为3厘米(cm)或更大的颗粒的水泥熟料。
在一些实施方案中，用于形成载液的悬浮剂可为黄原胶。例如，在一些实施方案中，载液可为0.3重量％的黄原胶水溶液、0.6重量％的黄原胶水溶液或0.8重量％的黄原胶水溶液。在其他实施方案中，载液可为迪特胶或文莱胶。
在一些实施方案中，水泥熟料LCM组合物包括无机固结活化剂，因此水泥熟料组合物包含波特兰水泥熟料、水泥、载液和无机固结活化剂。在一些实施方案中，无机固结活化剂可为硅酸盐，如硅酸钠。在一些实施方案中，无机固结活化剂可包括以下活化剂：铝酸钙、氯化钙、铝酸钠和硅酸钾以及它们的任意组合。在一些实施方案中，LCM组合物可包含无机固结活化剂的组合，如铝酸钠和硅酸钾。
在一些实施方案中，LCM组合物可包含无机固结活化剂(或无机固结活化剂的组合)。因此，在此类实施方案中，LCM组合物可包含波特兰水泥熟料、水泥、载液和无机固结活化剂。在一些实施方案中，LCM组合物包含含量范围为约1.0w/w％至约3.0w/w％的无机固结活化剂。例如，在具有两种无机固结活化剂的一些实施方案中，LCM组合物可包含范围为0.25w/w％至约1.5w/w％的第一无机固结活化剂以及相应量的范围为约0.25w/w％至约1.5w/w％的第二有机固结活化剂。
在一些实施方案中，水泥熟料LCM组合物包含交联流体作为载液。在一些实施方案中，交联流体为多糖醛酸苷。在此类实施方案中，水泥熟料LCM组合物包含波特兰水泥熟料、载液和交联流体。多糖醛酸苷可包括(例如)藻酸盐和果胶酸盐。在一些实施方案中，多糖醛酸苷可为苹果果胶、柑橘果胶或海藻酸钠。在一些实施方案中，LCM组合物可包含含量为按水的重量计0.5w/w％至按水的重量计约3w/w％的多糖醛酸苷交联流体。在此类实施方案中，当与多糖醛酸苷混合时，交联流体通过从熟料中浸出或释放的钙离子进行交联。
在其他实施方案中，交联流体为利用二乙烯基砜(DVS)交联的生物聚合物。在此类实施方案中，水泥熟料LCM组合物包含波特兰水泥熟料、载液、生物聚合物交联流体和DVS。在此类实施方案中，交联流体可包括黄原胶、羟乙基纤维素、迪特胶、文莱胶和瓜尔胶或它们的组合。例如，在一些实施方案中，交联流体可为黄原胶和瓜尔胶的组合。在一些实施方案中，LCM组合物可包含含量为约0.5w/w％至约0.8w/w％的生物聚合物交联剂。在一些实施方案中，LCM组合物中生物聚合物与DVS的重量比在约1:1至1:0.5的范围内。在一些实施方案中，具有生物聚合物交联流体的LCM组合物可包含足以将LCM组合物的pH调节至约8.5或者在一些实施方案中高于8.5的量的碱，如氢氧化钠(NaOH)。在此类实施方案中，在添加熟料之前，可将生物聚合物水性溶液与DVS混合，并添加足够的氢氧化钠以将pH提高至8.5，随后加热至至少150°F，直到粘度开始增加为止。在一些实施方案中，具有交联流体作为载液的LCM组合物可包含具有直径大于1cm、大于2cm、大于3cm的颗粒或它们的组合的水泥熟料。在一些实施方案中，水泥熟料可包含由一种或多种筛孔尺寸限定的颗粒，使得水泥熟料不包含由该一种或多种筛孔尺寸限定的颗粒之外的颗粒。例如，水泥熟料颗粒可仅包含通过第一筛孔尺寸但保留在第二筛孔尺寸上的颗粒。在一些实施方案中，可基于井漏区域中的裂缝的尺寸来确定水泥熟料颗粒的尺寸。例如，在此类实施方案中，水泥熟料颗粒的D50粒度分布可为井漏区域中的裂缝宽度的1/3(例如，井漏区域中的平均裂缝尺寸的宽度的1/3)。
在一些实施方案中，水泥熟料LCM组合物包含聚合物纤维。在此类实施方案中，水泥熟料LCM组合物包含波特兰水泥熟料、水泥、载液和聚合物纤维。在一些实施方案中，聚合物纤维为聚丙烯纤维。在一些实施方案中，聚丙烯纤维可涂覆有分散剂以提高在水中的分散性。在一些实施方案中，聚合物纤维为聚丙烯腈纤维。在其他实施方案中，可使用其他合适的聚合物纤维。在一些实施方案中，LCM组合物可包含含量范围为0.25w/w％至约1.0w/w％的聚合物纤维。在一些实施方案中，聚合物纤维的长度在约1mm至约6mm的范围内。
在一些实施方案中，水泥熟料LCM组合物包含长径比大于或小于1的颗粒状玻璃。在此类实施方案中，水泥熟料LCM组合物包含波特兰水泥熟料、水泥、载液和颗粒状玻璃。在此类实施方案中，LCM组合物可包含含量范围为约0.25w/w％至约2.0w/w％的颗粒状玻璃。在一些实施方案中，颗粒状玻璃可为长度在约1mm至约6mm范围内的玻璃纤维。
可以各种方式使用本文所述的水泥熟料LCM组合物，以减轻或防止井漏区域中的井漏。水泥熟料LCM组合物可与诸如水或钻井液之类的流体混合，并以足以使水泥熟料LCM组合物与井漏区域接触的参数(泵送速度、压力等)被引入(例如，泵入)井下，从而使水泥熟料LCM改变井漏区域。在一些实施方案中，水泥熟料LCM组合物可形成为流体段塞，并被引入(例如，泵入)井下以接触井漏区域。本文所述的水泥熟料LCM组合物可用于(例如)钻井作业、固井作业或其他需要减少或防止流体漏失的作业期间。
在一些实施方案中，可使水泥熟料LCM组合物与井漏区域相互作用一段时间，从而使得在水泥熟料LCM组合物的组分之间的相互作用下原位形成固体。所形成的固体可改变井漏区域(例如，通过进入和阻塞井漏区域中的地层中的孔隙和渗透路径、裂缝和破裂，如在裂口或裂缝内形成结构)。在一些实施方案中，相互作用时间可在约24小时至约72小时的范围内。
由于熟料颗粒的悬浮，水泥熟料LCM组合物更易于实现LCM的泵送。此外，水泥熟料LCM组合物的环境友好性质可最小化或防止任何环境影响以及对使用水泥熟料LCM组合物的钻井现场处或周围的生态系统、栖息地、种群、作物和植物的影响。
在本公开中，范围可以表达为从约某个特定值，或至约另一个特定值，并包括这两者。当表示为这样的范围时，应当理解，另一实施方案是从一个特定值到其他特定值，或包括这两者，以及所述范围内的所有组合。
鉴于本说明书，本公开的各个方面的进一步修改和替代实施方案对本领域技术人员是明显的。因此，本说明书仅被解释为说明性的，并且是为了教导本领域技术人员实现本公开中描述的实施方案的一般方式。应理解，本公开中示出和描述的形式将被视为实施方案的实例。本公开中示出和描述的元件和材料可被替代，部件和步骤可被颠倒或省略，并且某些特征可被独立地采用，所有这些对受益于本说明书的本领域技术人员而言是显而易见的。在不脱离所附权利要求中描述的公开内容的精神和范围的情况下，可以对本公开中描述的元素进行改变。本公开中所述使用的标题仅用于组织目的，并不意味着用于限制说明书的范围。
Claims (26)
1.一种LCM组合物，包含：
波特兰水泥熟料；
水泥；
载液；以及
无机固结活化剂，当引入井漏区域时，所选择的无机固结活化剂使所述组合物中的熟料固结以形成堵头。
2.根据权利要求1所述的LCM组合物，其中所述载液包括水性载液，所述水性载液包含迪特胶、黄原胶和文莱胶中的至少一种。
3.根据前述权利要求中任一项所述的LCM组合物，其中所述波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料或API G级水泥熟料。
4.根据前述权利要求中任一项所述的LCM组合物，其中所述水泥包括API G级水泥。
5.根据前述权利要求中任一项所述的LCM组合物，其中所述无机固结活化剂包括硅酸盐。
6.根据前述权利要求中任一项所述的LCM组合物，其中所述无机固结活化剂包括硅酸钠、铝酸钙、氯化钙、铝酸钠和硅酸钾中的至少一种。
7.根据前述权利要求中任一项所述的LCM组合物，其中所述无机固结活化剂的含量范围为总重量的约1.0重量％(w/w％)至约3.0w/w％。
8.根据前述权利要求中任一项所述的LCM组合物，其中载液与熟料的重量比为1:1。
9.根据前述权利要求中任一项所述的LCM组合物，其中水泥熟料与水泥的重量比在60:40至70:30的范围内。
10.根据前述权利要求中任一项所述的LCM组合物，包含多个聚合物纤维。
11.根据权利要求10所述的LCM组合物，其中所述聚合物纤维包括聚丙烯纤维。
12.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的LCM组合物，包含长径比大于或小于1的颗粒状玻璃。
13.根据权利要求12所述的LCM组合物，其中所述颗粒状玻璃包括多个玻璃纤维或多个玻璃薄片。
14.一种控制井眼中的井漏区域中的井漏的方法，包括：
将堵漏材料(LCM)引入所述井眼，使得所述LCM接触所述井漏区域，并且与引入所述LCM之前的时间段相比，降低进入所述井漏区域的漏失率，其中所述LCM包含：
波特兰水泥熟料；
水泥；
载液；以及
无机固结活化剂，当引入井漏区域时，所选择的无机固结活化剂使LCM中的熟料固结以形成堵头。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述载液包括水性载液，所述水性载液包含迪特胶、黄原胶和文莱胶中的至少一种。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中所述波特兰水泥熟料包括ASTM国际I型水泥熟料、ASTM国际V型水泥熟料、API A级水泥熟料、API G级水泥熟料。
17.根据权利要求14、15或16所述的方法，其中所述水泥包括API G级水泥。
18.根据权利要求14、15、16或17所述的方法，其中所述无机固结活化剂包括硅酸盐。
19.根据权利要求14、15、16、17或18所述的方法，其中所述无机固结活化剂包括硅酸钠、铝酸钙、氯化钙、铝酸钠和硅酸钾中的至少一种。
20.根据权利要求14、15、16、17、18或19所述的方法，其中所述无机固结活化剂的含量范围为总重量的约1.0重量％(w/w％)至约3.0w/w％。
21.根据权利要求14、15、16、17、18、19或20所述的方法，其中载液与熟料的重量比为1:1。
22.根据权利要求14、15、16、17、18、19、20或21所述的方法，其中水泥熟料与水泥的重量比在60:40至90:10的范围内。
23.根据权利要求14、15、16、17、18、19、20、21或22所述的方法，包括使所述LCM与所述井漏区域保持接触一段时间，使得所述LCM形成至少一个堵头。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述一段时间在24小时至76小时的范围内。
25.根据权利要求14、15、16、17、18、19、20、21、22、23或24所述的方法，其中所述井漏区域位于岩溶地层中。
26.根据权利要求14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24或25所述的方法，其中将所述堵漏材料(LCM)引入所述井眼包括：
将所述LCM与水混合以形成混合物；以及
将所述混合物泵入所述井漏区域。
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