JP2007501319A - 逸泥を防止または処置するための抗井処理方法 - Google Patents
逸泥を防止または処置するための抗井処理方法 Download PDFInfo
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Abstract
抗井の掘削中に逸泥を防止または処理するための方法であって、長さ約１０〜約２５ｍｍの水分散性繊維、例えばガラスまたは重合体繊維を１バレルあたり約０．５〜６ポンドの濃度で、ポンプ輸送された水系ベース液体（３００μｍ未満相当の直径を有する固体粒子を含む）に加えることを含んでなる。固体粒子を含むベース液体は、逸泥を処置するために特にポンプ輸送される掘削液または少量錠剤でよい。
Description
本発明は、抗井、例えば石油、ガスまたは地熱井戸等を掘削する際に直面する逸泥の問題を防止または処置する方法に関する。
逸泥は、掘削またはセメント施工作業の際に、掘削液またはセメントが高浸透性区域、空洞の多い累層、および天然の又は誘発された裂け目の中に完全に、または部分的に失われることとして定義される。逸泥によって、
井戸中の液位低下による漏出（静水頭の損失）、
掘削物(cutting)が除去され難いために起こるパイプの粘着、
不十分なセメント充填による帯状分離不足(zonal isolation failure)、
掘削液またはセメントの損失によるコスト増加、掘削時間および補修セメント施工作業の増加、
生産区域への損失よる累層損害、および
井戸の損失
があり、逸泥の深刻さは、軽微（＜１０ｂｂｌ（１．５ｍ３）／ｈｒ）から甚大（液体の全損、孔を満たす程に維持できない、または掘削物を地表に戻せない）にわたることがある。
井戸中の液位低下による漏出（静水頭の損失）、
掘削物(cutting)が除去され難いために起こるパイプの粘着、
不十分なセメント充填による帯状分離不足(zonal isolation failure)、
掘削液またはセメントの損失によるコスト増加、掘削時間および補修セメント施工作業の増加、
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があり、逸泥の深刻さは、軽微（＜１０ｂｂｌ（１．５ｍ３）／ｈｒ）から甚大（液体の全損、孔を満たす程に維持できない、または掘削物を地表に戻せない）にわたることがある。
逸泥に対処するための一つの手法として、橋かけを行うか、または累層中への漏出を阻止する材料（「逸泥防止剤」または「ＬＣＭ」）を液体に加えることである。ＬＣＭには、一般的に４つのタイプ、すなわち
顆粒状（例えば落花生の殻、プラスチック、または石灰石）、
薄層状（例えばセロハンフレーク）、
繊維状（例えばおがくず、干し草、ガラス繊維）、および
カプセル封入された液体吸収粒子
がある。
顆粒状（例えば落花生の殻、プラスチック、または石灰石）、
薄層状（例えばセロハンフレーク）、
繊維状（例えばおがくず、干し草、ガラス繊維）、および
カプセル封入された液体吸収粒子
がある。
ＬＣＭは、大きさが２００メッシュ〜３／４インチまであり、損失の深刻さに応じて典型的には８〜１２０ｌｂ／ｂｂｌの濃度で使用される。
掘削の際の逸泥の問題に対処するために、逸泥の程度によって固化させる、ＬＣＭを含むことが多いセメントプラグも使用されている。フォームセメントを含む低密度セメントは、特に有用であると考えられている。セメントスラリー中に入れたＬＣＭの使用は、少量または部分的な損失にのみ有効であり、全損状況では、フォームセメントだけが効果的な解決策であると、一般的に考えられている。セメントスラリーに使用されている最も一般的なＬＣＭは、顆粒状材料、例えばギルソナイト、粉砕した石炭、または落花生の殻である。セロハンフレーク材料も試みられているが、スラリーを高装填量で混合する際に問題が生じる。繊維状材料は、セメント施工装置を詰まらせる問題があるために、セメントスラリーにはほとんど使用されない。一つの方法として、欧州特許第１２８４２４８号には、繊維を使用する方法が提案されており、離散的粒子径帯で存在する固体材料を有する低密度セメントスラリー中にガラスまたは重合体の繊維を使用する。
ゲル化するか、または粘性の、ポルトランドセメントを含まない他の系も、プラグ材として使用されている。これらの例は、ゲル化剤、例えば好適な活性剤を含むケイ酸塩、である。そのようなプラグ材は、橋かけ材料、例えば粒子径が８μｍ〜２５４μｍであり、濃度が１０ｌｂ（４．５ｋｇ）／ｂｂｌまでの粉砕した炭酸カルシウムを含むこともできる。他のゲル化系としては、ソーレルセメント（酸化マグネシウム、塩化マグネシウムおよび水）をがある。
ある種のダウンホール混合系も提案されている。これらの系としては、エマルション中にカプセル封入された土−ディーゼル−油−ベントナイト（Ｍ−ＤＯＢ）プラグ材および多糖ゲル化系を含み、これがせん断力ダウンホールにより破壊される（欧州特許第０７３８３１０号参照）。この系を発展させたものは、ゲル化系をセメントと組み合わせている（国際特許第ＷＯ００／７５４８１号参照）。
逸泥問題および可能な解決策については、Baret, DaccordおよびYearwood、Well Cementing、Chapter 6「Cement/Formation Interaction」, 6-1〜6-17にさらに詳細に記載されている。
本発明の目的は、掘削の際に使用し、逸泥に関連する問題を軽減できる技術を提供することである。
本発明は、最も広義には、３００μｍ未満相当の直径を有する固体粒子と、液体１バレルあたり約０．５〜６ポンドの濃度で加えた、長さ約１０〜約２５ｍｍの水分散性繊維とを含む水系液体で井戸を処理することを含んでなる。
理論に拘束されることなく、小さい固体粒子で容易に目詰まりするメッシュを孔壁に沿って形成することにより、水分散性繊維がフィルターケーキの形成を強化すると考えられる。
本発明の液体は、掘削液自体でよく、この場合、微小固体粒子は、例えば掘削液の重量を増加するために加える重量増加材料により構成され、例えばバライト（硫酸バリウム）、ヘマタイト（酸化鉄）、チタン鉄鉱（酸化鉄チタン）、シデライト（炭酸鉄）、ガレナ（硫化鉛）、四酸化マンガン、または酸化亜鉛を含む。重量増加粒子は、平均粒子径が２０〜２００μｍであり、これは水分散性繊維の約１００〜１０００分の一のオーダーにある。典型的には、使用する重量増加材料の量は、１リットルあたり０．２〜２ｋｇ、より一般的には０．２５〜１．５ｋｇである。
本発明の一実施態様では、水分散性繊維は、典型的には長さ１０〜１５ｍｍ、直径２０ミクロンのガラス繊維である。これらのガラス繊維は、好ましくはアスベストス代替繊維として容易に入手できる、水分散性サイジング処理系を含む耐アルカリ性繊維のチョップドストランドから製造する。繊維の長さが長い程、ウェブ状構造を形成する能力は優れている。しかし、１５ｍｍを超えるガラス繊維は、掘削現場で使用できる標準的な混合装置でポンプ輸送できないことがこれまでに立証されている。濃度は、通常、液体１バレルあたり約１〜約３ポンドであるが、特に深刻な場合には、より高い濃度が必要になる場合もある（この場合、液体は比較的小体積の錠剤としてポンプ輸送されることが多い）。
繊維は、典型的には、掘削液の混合に使用される地表混合装置に加えられる。繊維の典型的な濃度は、１〜５ｌｂ／ｂｂｌである。他のＬＣＭ、例えば他の繊維状材料、フレークおよび顆粒状のサイジング処理した粒子も同様の濃度で加えることができる。
本発明の別の実施態様では、繊維は重合体繊維、例えば長さ約１８〜２２ｍｍ、直径約２１ｍｍ、でかつ含水量３５〜４５％である、入手できるノボラック繊維である（好適な繊維のさらに詳細な説明に関しては米国特許第５，７８２，３００号参照）。
上記のように、本発明の処理液は、逸泥問題を処置するために、現在抗井の掘削に使用している液体、または場合によっては限られた体積の錠剤の形態にある、特別に混合された液体でよく、後者の場合、この液体は、液体掘削中に一般的に見られる固体に類似した、サイズの小さい固体を依然として含む。一実施態様では、ピルはスペーサーであってよい。
錠剤の特に好ましい一形態は、繊維およびセメント、例えばマイクロ−セメントを含み、所望により橋かけ材料、例えば炭酸カルシウムまたはサイジング処理した顆粒状粒子を加えてある。そのような錠剤としては、８０％のサイジング処理した炭酸カルシウムおよび２０％のマイクロ−セメント、ならびに繊維を含むことができる。重合体を含むこともできる。
そのような錠剤は連続的にポンプ輸送できるが、地表の装置を詰まらせないように、混合し、表面に戻らない量で、逸泥区域に到達するだけで十分な量だけをポンプ輸送するのが望ましい場合もある。
本発明の別の態様では、セメントスラリー中に繊維を使用する。この態様では、離散的な粒子径帯にある固体成分を有し、かつ繊維を含む、低密度セメントスラリーを製造し、加圧ガスと共に抗井中にポンプ輸送し、逸泥区域に隣接して配置される非常に低密度のフォームスラリーを形成する。
ここで本発明を、添付の図１を参照しながら、例として説明する。
本発明は、下記の表に示す水系および油系の両方の様々な種類の掘削液に応用できる。
下記の２例は、本発明により逸泥問題を解決するための繊維材料の使用を例示する。
例１
垂直深度２７００ｍに掘削した抗井が、深刻な逸泥区域に直面した。この抗井は、下記の特性を有するGelChem掘削土で掘削した。
粘度 ７７
ＰＶ／ＹＰ １９／１５
ゲル強度 ６／１６
水損失 ８．２
ｐＨ １０
Ｃｌ ９００
Ｃａ ３５
密度 １１００ｋｇ／ｍ３
塑性粘度 ５５〜６５ｃＰ
垂直深度２７００ｍに掘削した抗井が、深刻な逸泥区域に直面した。この抗井は、下記の特性を有するGelChem掘削土で掘削した。
粘度 ７７
ＰＶ／ＹＰ １９／１５
ゲル強度 ６／１６
水損失 ８．２
ｐＨ １０
Ｃｌ ９００
Ｃａ ３５
密度 １１００ｋｇ／ｍ３
塑性粘度 ５５〜６５ｃＰ
本発明による手順の開始時に、水分散性の長さが１０〜１４ｍｍで、直径が２０ミクロンのガラス繊維１３袋（〜２９５．１ｋｇ）を基礎土に加え、井戸の中にポンプ輸送した。続いて、さらに８袋（〜１８１．６ｋｇ）をポンプ輸送した後、地表で戻りを観察した。最後に、さらに１１袋の繊維（〜２４９．７ｋｇ）を加え、抗井中にポンプ輸送した後、地表で十分な循環を観察した（すなわち、地表に戻る土の量が、抗井中にポンプ輸送した量と等しくなった）。合計で、７２７ｋｇの繊維を１１０ｍ３の掘削土(GelChem)の中にポンプ輸送した。
例２
垂直深度６３０ｍに掘削した抗井が、深刻な逸泥区域に直面した。この抗井は、コイル状チューブを使用し、密度１０５０ｋｇ／ｍ３、塑性粘度５５〜６５ｃＰを有するGelChem掘削土で掘削した。最初に、炭酸カルシウムのＬＣ錠剤またはおがくずをポンプ輸送したが、効果は得られなかった。処理を５工程で行った。
１．水分散性の長さが１０〜１４ｍｍで、直径が２０ミクロンのガラス繊維５袋（〜１１３．５ｋｇ）を土１２ｍ３に加え、チューブを通してポンプ輸送した。
２．繊維６袋（〜１３６．２ｋｇ）を土１２ｍ３に加え、チューブを通してポンプ輸送した。
３．繊維７袋（〜１５８．９ｋｇ）を土と混合し、環を通してポンプ輸送（逆循環）した。
４．繊維１２袋（〜２７２．４ｋｇ）を土と混合し、環を通してポンプ輸送（逆循環）した後、チューブ中の地表への戻りを観察した。
５．繊維８袋（〜１８１．６ｋｇ）を土と混合し、環を通してポンプ輸送（逆循環）し、十分な循環を観察した。
垂直深度６３０ｍに掘削した抗井が、深刻な逸泥区域に直面した。この抗井は、コイル状チューブを使用し、密度１０５０ｋｇ／ｍ３、塑性粘度５５〜６５ｃＰを有するGelChem掘削土で掘削した。最初に、炭酸カルシウムのＬＣ錠剤またはおがくずをポンプ輸送したが、効果は得られなかった。処理を５工程で行った。
１．水分散性の長さが１０〜１４ｍｍで、直径が２０ミクロンのガラス繊維５袋（〜１１３．５ｋｇ）を土１２ｍ３に加え、チューブを通してポンプ輸送した。
２．繊維６袋（〜１３６．２ｋｇ）を土１２ｍ３に加え、チューブを通してポンプ輸送した。
３．繊維７袋（〜１５８．９ｋｇ）を土と混合し、環を通してポンプ輸送（逆循環）した。
４．繊維１２袋（〜２７２．４ｋｇ）を土と混合し、環を通してポンプ輸送（逆循環）した後、チューブ中の地表への戻りを観察した。
５．繊維８袋（〜１８１．６ｋｇ）を土と混合し、環を通してポンプ輸送（逆循環）し、十分な循環を観察した。
合計で、８６３ｋｇの繊維を７０ｍ３の土の中にポンプ輸送した。
図１は、繊維を低密度フォームセメントスラリーと併用し、逸泥問題に対処できる機構を示す。好適な低密度セメントは、国際特許第ＷＯ０１／０９０５６号（ＵＳＳＮ１０／０４９，１９８：本明細書に参考として包含される）に記載されている。そのようなスラリーを発泡させる方法は、国際特許第ＷＯ００／５０３５７号（ＵＳＳＮ０９／９１４，３３１：本明細書に参考として包含される）に記載されている。低密度セメントスラリーは、国際特許第ＷＯ０３／０１４０４０号（本明細書に参考として包含される）に記載されている。
図１に示す方式では、ベースセメントブレンドをバルクトラック１０で製造する。バッチ混合用途には、このブレンドをポンプ輸送トラック１２を経由してバッチミキサー１４にポンプ輸送し、この地点で繊維を加える。次いで、バッチ混合されたスラリーをミキサー１４から、別のポンプトラック１６を経由してポンプ輸送する。連続混合には、第一ポンプ輸送装置１２およびＦＡＥミキサー１４は不要であり、繊維（および他の添加物）をポンプ輸送装置１６で直接加える。混合装置１６の吐出物は、フォーム安定剤供給源１８および窒素供給源２４が接続されている逆止め弁２０を経由してフォーム発生装置２２に送られる。フォームスラリーは、発生装置２２から抗井の頭部にポンプ輸送され、通常の方法で抗井に落下する。バイパスライン２８およびピット３０へのチョークは通常通りに含まれる。
本発明の範囲内で多くの変形が可能であることは言うまでもない。例えば、繊維を他のＬＣＭと組み合わせ、種々の土で使用することができる。ＬＣＭは、ゲル化系、例えばセメント含有系（例えば炭酸カルシウムおよびマイクロ−セメント、または上記のフォームスラリー）の形態でもよい。繊維は、単一錠剤として、一連の錠剤として、あるいは循環回復するまで実質的に連続的にポンプ輸送することもできる。繊維は、ドリルパイプ、ドリルビットまたは他のダウンホール装置を通して、あるいはコイル状チューブを通して、環を経由してポンプ輸送することができる。
Claims (18)
- ３００μｍ未満相当の直径を有する固体粒子と、長さ約１０〜約２５ｍｍの水分散性繊維とを、液体１バレルあたり約０．５〜６ポンドの濃度で含有する水系液体を、ポンプ輸送することを含んでなる、抗井の処理方法。
- 前記繊維の直径が約２０ミクロンである、請求項１に記載の方法。
- 前記繊維がガラス繊維であり、長さが約１０〜１５ｍｍである、請求項２に記載の方法。
- 前記繊維が液体１バレルあたり約１〜３ポンドの濃度で加えられる、請求項３に記載の方法。
- 前記繊維が、長さ約１８〜約２２ｍｍであり、かつ含水量３５〜４５％を有する重合体繊維である、請求項２に記載の方法。
- 前記繊維がノボロイド繊維である、請求項４に記載の方法。
- 前記固体粒子が、バライト、ヘマタイト、チタン鉄鉱、炭酸カルシウム、炭酸鉄、ガレナ、四酸化マンガン、ドロマイト、酸化亜鉛、セメント、およびそれらの混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
- 前記固体粒子の直径が７５μｍ未満である、請求項２に記載の方法。
- 前記固体粒子の少なくとも５０％が１０〜３０μｍの直径を有する、請求項３に記載の方法。
- 前記液体が、別の逸泥防止剤をさらに含んでなる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
- 前記逸泥防止剤が、繊維状材料、フレーク、および顆粒状のサイジング処理された粒子からなる群から選択される、請求項１０に記載の方法。
- 前記液体が掘削液としてポンプ輸送され、前記水分散性繊維が、抗井孔と接触した時に、フィルターケーキの形成を促進するウェブを形成し、それによって累層中への液体損失を低減させる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
- 前記液体が、限られた体積の錠剤の形態でポンプ輸送され、逸泥の問題を処置する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
- 前記錠剤の液体が、３００μｍ未満相当の直径を有する固体粒子として、セメントおよび橋かけ剤を含んでなる、請求項１３に記載の方法。
- 前記セメントがマイクロ−セメントであり、前記橋かけ剤が炭酸カルシウム粒子である、請求項１４に記載の方法。
- 前記マイクロ−セメントと炭酸カルシウム粒子の重量比が８０：２０である、請求項１５に記載の方法。
- 前記錠剤がスペーサーである、請求項１３に記載の方法。
- 前記液体が発泡している、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
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