JP4731773B2 - 油井等のための低密度および低間隙率セメンティングスラリー - Google Patents

油井等のための低密度および低間隙率セメンティングスラリー Download PDF

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Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は、油井、ガス井、水井、地熱井等の掘さく技術に関する。特に、本発明は、低密度および低間隙率のセメンティングスラリーに関する。
【０００２】
【背景技術】
油井等を掘さくした後、ケーシングまたはコイル管材を試掘孔に下げて、その高さ全体または一部にわたってセメンティングがなされる。セメンティングは、特に、ガスがケーシング周囲の輪により上昇するのを妨げながら、試掘孔が通る様々な形成層間に流体が行き交うのを排除する役割を果たす。すなわち、製造中に抗井に水が進入するのを防ぐ役割を果たす。当然のことながら、セメンティングの他の主たる目的は、試掘孔を固化し、ケーシングを保護するものである。
【０００３】
セメンティングされるゾーンに配置するために、作成されて、抗井に注入される間、セメンティングスラリーは、比較的低粘度を示し、かつ、実際、一定の流動特性を有していなければならない。しかしながら、即時に再開するために構築されている抗井で他の作業を可能にするために、特に、掘さくを継続するのを可能とするために、適所に配置されたら、理想的なセメントは即時に高圧縮強度を発現する。
【０００４】
セメントの密度は、噴出の危険を避けるために、抗井下部の圧力が、少なくとも、抗井が通る地質形成における孔圧力を十分補うよう調整されなければならない。密度には下限と上限がある。上限は、セメントのカラムにより生成される静水圧プラス汲み上げられる流体の循環による損失水頭が、セメンティングされる部分の岩の破壊圧力より低いままでなければならないということである。ある地質形成は非常に脆く、水に近い、またはそれより低い密度を必要とする。
【０００５】
噴出の危険は、カラムの高さと共に減じ、孔圧力を補うのに必要な密度は下がる。さらに、高いカラムをセメンティングすることは、セメンティングする部分の数を減じることができるため有利である。一部をセメンティングした後は、大きな直径の表面近くで堀さくすべき孔を数多くの部分が必要とすることから、堀さくを小さめの直径で再開しなければならない。これによって、堀さくされる体積の大きな岩および大きな直径を与えるケーシングの部分に必要とされる大量の鋼のために過剰なコストがかかる。
【０００６】
これらの要因のすべてが、非常に低密度のセメントスラリーを用いることを支持するものである。
【０００７】
最も広く用いられているセメントスラリーの密度は約１９００ｋｇ／ｍ３であり、ある堆積物にとって望ましい密度の約２倍である。これを軽くするための最も単純な技術は、粒子の硬化および／またはスラリー表面での自由水の形成を防ぐために、スラリーに安定化のための添加剤（「増量剤」として知られている）を添加しつつ、水の量を増やすことである。明らかに、この技術では１０００ｋｇ／ｍ３に近い密度まで落とすことはできない。さらに、かかるスラリーから形成された硬化セメントは、圧縮強度が大きく減じ、浸透性が高く、接着能力が劣っている。こうした理由から、地質層間を良好に分離し、ケーシングに十分な強度を与えながら、約１３００ｋｇ／ｍ３より低い密度まで落とすのにこの技術を用いることはできない。
【０００８】
他の技術は、硬化する前にガス（一般的に空気または窒素）を注入することによりセメントスラリーを軽量化するものである。加えられる空気または窒素の量は必要な密度に達するようなものとする。セメント泡を形成することができるようなものである。この技術は、ガスの密度が水より低いため、添加量が少なくて済むことから、前述の技術よりは少しは良い性能を与える。それでも、石油産業においては、水で既に軽量化されたスラリーで始めたとしても、１１００ｋｇ／ｍ３を超える密度に実際のところ制限されたままである。特定の「泡の品質」、すなわち、ガス体積対泡だったスラリーの体積の特定の比率を超えると、泡の安定性が極めて即時に失われ、硬化後の泡の圧縮強度が低くなりすぎ、浸透性は高くなりすぎて、セメントに対して攻撃性が高い、または低いイオンを含む熱水性媒体において耐久性が損なわれる。
米国特許第３，８０４，０５８号明細書およびＧＢ第２，０２７，６８７Ａ号明細書は、中空ガラスまたはセラミックマイクロスフェアを用いて、油およびガス業界で用いる低密度セメントスラリーを作成することを記載している。
【０００９】
【発明の開示】
本発明の目的は、低密度と低間隙率の両方を備え、ガスを導入することなく得られる、特に油井等のセメンティングに適用されるセメンティングスラリーを提供することである。
【００１０】
本発明によれば、この目的は、密度が０．９ｇ／ｃｍ３〜１．３ｇ／ｃｍ３、特に０．９ｇ／ｃｍ３〜１．１ｇ／ｃｍ３で、固体体フラクションと液体フラクションとから構成され、間隙率（液体フラクション体積対全体積の比）が３８％〜５０％、好ましくは４５％未満のセメントスラリーにより達成される。
【００１１】
固体フラクションは、平均サイズ２０ミクロン（μｍ）〜３５０μｍの軽量粒子６０体積％〜９０体積％と、平均粒径が０．５μｍ〜５μｍのマイクロセメント１０体積％〜３０体積％と、平均直径が２０μｍ〜５０μｍのポルトランドセメント０体積％〜２０体積％と、石膏０体積％〜３０体積％とを含むのが好ましい。
【００１２】
得られる低間隙率によって、機械的特性および浸透性を最適化することができる。従来の軽量化系よりも優れた機械的特性、より低い浸透性によって、超軽量セメントの漏れ防止および接着特性、ならびにかかる処方の化学的侵食に対する抵抗性は、現在、低密度用に使われている系よりも良好である。ただし、本発明でも、非常に低い密度、特に、水の密度より低くすることは可能である。さらに、本発明のスラリーはガスを必要としないため、泡立ったセメントを製造するのに必要なロジスティックスを排除することができる。
【００１３】
本発明の方法は、微粒子添加剤を互いに、スラリーの他の微粒子成分、特にマイクロセメント（またはこれに匹敵する水硬バインダー）と組み合わせて、セメントスラリーに組み込んで、スラリーの特性を大幅に変える粒子サイズ分布をもたらすという特徴がある。前記した微粒子添加剤は有機または無機であり、低密度のものを選択する。
【００１４】
低密度は、軽量粒子とセメント（またはこれに匹敵する水硬バインダー）を結合することにより得られる。それでも、流動および機械的特性は、粒子サイズおよびその体積分布を固体混合物の緻密度を最大にするように選べさえすれば満足いくものとなる。
【００１５】
二成分（軽量粒子とマイクロセメント）の固体混合物については、最大の緻密度は、軽量粒子対マイクロセメントの体積比を７０：３０〜８５：１５、好ましくは７５：２５〜８０：２０とし、マイクロセメントの粒子、通常、サイズ１００μｍを超える粒子のサイズの少なくとも約１００倍となるように軽量粒子を選ぶことによって得られる。これらの値は、特に、軽量粒子の粒子サイズ分布における分散の大小の関数として、可変である。平均サイズが２０ミクロンを超える粒子も用いることができるが、性能はあまり良くない。３５０ミクロンを超える粒子は、セメンティングされる環状間隙が狭いため通常は用いられない。
【００１６】
様々な成分の平均サイズが大幅に異なっていてもより高い緻密度が得られることから、３種類以上の成分の混合物が好ましい。例えば、平均サイズ１５０ミクロンの軽量粒子と、平均サイズ３０ミクロンの軽量粒子と、マイクロセメントの混合物を、５５：３５：１０に近い体積比で用いることができる。あるいは、これらの最適比から少し離れて、混合物は平均直径が１００μｍ〜４００μｍの第１の軽量粒子は５０体積％〜６０体積％、平均直径が２０μｍ〜４０μｍの第２の軽量粒子は３０％〜４５％、マイクロセメントは５％〜２０％から構成される。用途に応じて、中サイズの軽量粒子のフラクションは、通常のサイズのポルトランドセメント、特にＧ等級のポルトランドセメントに代えることができる。
【００１７】
本発明において「マイクロセメント」という用語は、平均サイズ約３μｍで、１０μｍを超えるサイズの粒子を含まない、または少なくとも大量に含まない粒子でできた水硬バインダーを示すのに用いられる。これら粒子の透気率試験により求められる単位重量当たりの比表面積は通常約０．８ｍ２／ｇである。
【００１８】
マイクロセメントは、本質的に、ポルトランドセメント、約６５％の石灰、２５％のシリカ、４％のアルミナ、４％の酸化鉄および１％未満の酸化マンガンを含む、特にＧ等級のポルトランドセメント、同じく、またはポルトランドマイクロセメントとマイクロスラグの混合物、例えば、４５％の石灰、３０％のシリカ、１０％のアルミナ、１％の酸化鉄および５％〜６％の酸化マンガン（主たる酸化物のみここでは述べた。これらの濃度は供給業者によりやや異なる）を含むクリンカから作成された組成物を本質的に用いて作成された混合物から構成される。非常に低い温度の用途については（＜３０℃）、マイクロセメントとスラグの混合物よりもポルトランドマイクロセメントの方がその反応性からいって好ましい。直角での硬化が必要な場合には、中サイズの粒子の全てまたは一部についてプラスター（石膏）を用いることができる。
【００１９】
軽量粒子の密度は２ｇ／ｃｍ３未満、通常、０．８ｇ／ｃｍ３未満である。例を挙げると、中空マイクロスフェア、特に、セノスフェアとして知られたシリコ−アルミネート、石炭を燃焼させることにより得られる平均直径約１５０μｍの残渣を用いることが可能である。中空ガラスビーズのような合成材料を用いることも可能である。特に好ましいのは、高い圧縮強度を示すナトリウム−カルシウム−ホウケイ酸塩ガラスビーズ、例えば、シリカ−アルミナタイプのセラミックのマイクロスフェアである。これらの軽量粒子はまた、ポリプロピレンビーズのようなプラスチック材料の粒子とすることもできる。
【００２０】
通常、スラリーの密度は、本質的に軽量粒子を選ぶ関数として調整するが、水対固体の比率を変える（３８体積％〜５０体積％の範囲内に保つ）、マイクロセメントまたはこれに匹敵する水硬バインダーの量（１０％〜３０％の範囲）および通常のサイズのポルトランドセメントを軽量粒子の一部と置き換えることも可能である。
【００２１】
スラリーはまた、分散剤、不凍剤、保水剤、セメント硬化促進剤または凝結遅延剤および／または泡安定化剤のような１種類以上の添加剤も含むことができる。これらの添加剤は、通常、液相に加えられる、または適した場合には固相に組み込まれる。
【００２２】
本発明により作成される処方は、同じ密度の泡立ったセメントよりもはるかに良好な機械的特性を有している。圧縮強度は非常に高く、間隙率は非常に低い。その結果、同じ密度の泡立ったセメントよりも数倍透過性が小さい。これによって、かかる系に優れた硬度特性が与えられる。
【００２３】
本発明の方法は、泡立ちに必要なロジスティックスの必要性を排除したため、セメンティング操作をかなり簡素化するものである。
【００２４】
本発明に従って調製されたスラリーはまた、ガスを導入する（硬化時）前にのみスラリーについて特定のパラメータを測定可能な泡立ったスラリーとは異なり、スラリーを抗井に配置する前に測定できるスラリーの特性の全て（流動性、硬化時間、圧縮強度、．．．）において利点が得られるものである。
【００２５】
以下の実施例はその範囲を限定することなく本発明を例証するものである。
【００２６】
【実施例】
実施例１
充填体積フラクション（ＰＶＦ）を最適化すれば、２種類または３種類（またはそれ以上）の異なるサイズの粒子の混合物から低密度および低間隙率のスラリーを得ることができる。
【００２７】
本発明に従って調製した３種類のスラリーの特性について記載し、泡立った系の従来の低密度増量スラリーと比較する。
【００２８】
スラリーＡ：粉末混合物を調製した。平均サイズ１５０ミクロン（比重０．７５）のセノスフェアによる中空スフェア５５体積％と、平均サイズ３０ミクロンのガラスマイクロスフェア３５体積％と、平均サイズ約３ミクロンのポルトランドマイクロセメントとスラグの混合物１０体積％を含んでいた。
【００２９】
用いたマイクロスフェアは、３M（登録商標）よりスコッチライトＳ６０／１０，０００という商品名で販売されている。かかるマイクロスフェアの密度は０．６ｇ／ｃｍ３で、１５μｍ未満のサイズの粒子が１０体積％、３０μｍ未満が５０体積％、７０μｍ未満が９０体積％となるような粒子サイズ分布を有している。これらの粒子は、高い圧縮強度（粒子の９０％が６８．９ＭＰａまたは１０，０００ｐｓｉの静水圧に耐える）を有していることから特に選んだものである。
【００３０】
水と次に挙げる添加剤をこの粉末と混合して、スラリー中の液体の体積割合が４２％となるようにした。２−アクリルアミド２−メチルプロパンスルホン酸（ＡＭＰＳ）ベースの保水剤０．２％（粉末、すなわち、固体粒子のすべてを合わせたもの（このスラリーＡについてのマイクロセメント、マイクロスフェアおよびセノスフェア）の重量パーセント）；消泡剤を粉末１袋当たり０．０３ガロン；およびポリナフタレンスルホネートベースの超可塑剤を粉末１袋当たり０．０７ガロン。粉末１袋とは、セメント袋と同義で、４５．３５９ｋｇの混合物を含む袋とされる。すなわち、混合物１ｋｇ当たりの添加剤１ｇｐｂ＝０．０３８３４リットル（／）である。
【００３１】
スラリーＢ：粉末混合物を調製した。平均サイズ１５０ミクロンで密度が０．６３ｇ／ｃｍ３のセノスフェアから得られた中空スフェア７８体積％と、平均サイズ約３ミクロンのポルトランドマイクロセメントとスラグの混合物２２体積％を含んでいた。
【００３２】
水と次に挙げる添加剤をこの粉末と混合して、スラリー中の液体の体積割合が４２％となるようにした。ＡＭＰＳポリマーベースの保水剤を粉末の０．２％；消泡剤を粉末１袋当たり０．０３ガロン；およびポリナフタレンスルホネートベースの超可塑剤を粉末１袋当たり０．１ガロン。
【００３３】
スラリーＣ：粉末混合物を調製した。平均サイズ３０ミクロンのスコッチライトガラスマイクロスフェア７８体積％と、平均サイズ約３ミクロンのポルトランドマイクロセメントとスラグの混合物２２体積％を含んでいた。
【００３４】
水と次に挙げる添加剤をこの粉末と混合して、スラリー中の液体の体積割合が４５％となるようにした。ＡＭＰＳポリマーベースの保水剤を粉末の０．２％；消泡剤を粉末１袋当たり０．０３ガロン；およびポリナフタレンスルホネートベースの超可塑剤を粉末１袋当たり０．１４５ガロン。
【００３５】
スラリーＤ：粉末混合物を調製した。平均サイズ１５０ミクロン（密度０．７２ｇ／ｃｍ３）のセノスフェアから誘導された中空スフェア７８．４体積％と、ガラスＧポルトランドセメント２１．６体積％を含んでいた。
【００３６】
水と次に挙げる添加剤をこの粉末と混合して、スラリー中の液体の体積割合が５７％となるようにした。消泡剤を粉末１袋当たり０．０３ガロン。
【００３７】
スラリーＥ：Ｇ等級のポルトランドセメントベースで、密度１９００ｋｇ／ｃｍ３の従来のスラリーを調製した。
【００３８】
このスラリーを、５０％の量の泡で泡立て、最終密度が９５０ｋｇ／ｍ３のスラリーを得た。
【００３９】
【表１】
Figure 0004731773
【００４０】
密度はｋｇ／ｍ３で（括弧内は１ガロン当たりのポンド数で）表されている。流動性はフロースレショルドＴｙによりパスカルで（括弧内は１００平方フィート当たりのポンド数で）、そしてビンガム流体モデルを用いて、ｍＰａ．ｓまたはセンチポイズでプラスチック粘度により表されている。これらのパラメータは周囲温度で求められた。ＣＳとは、６０℃（１４０°Ｆ）、６．９ＭＰａ（１０００ｐｓｉ）の圧力で硬化したセメントの２４時間後の圧縮強度でありＭＰａで（括弧内は１平方インチ当たりのポンド数で）表されている。
【００４１】
*この場合、間隙率は、スラリーの総体積に対するガス＋水の体積として計算された。
【００４２】
本発明に従って調製されたスラリーについて、非常に密度が低い割に圧縮強度が特に高いこと、そして、これらのスラリーは低間隙率に関わらず優れた流動性を示すことが分かる。
【００４３】
実施例２
１ガロン当たり８ポンド（ｐｐｇ）を超える密度を有するスラリーについて、軽量粒子の一部をＧ等級のセメントで置き換えることができる。
【００４４】
スラリーＡ：粉末混合物を調製した。平均サイズ１５０ミクロンのセノスフェアから誘導された中空スフェア５５体積％と、平均サイズ３０ミクロンのスコッチライトガラスマイクロスフェア３５体積％と、平均サイズ約３ミクロンのポルトランドマイクロセメントとスラグの混合物１０体積％を含んでいた。
【００４５】
水と次に挙げる添加剤をこの粉末と混合して、スラリー中の液体の体積割合が４２％となるようにした。ＡＭＰＳポリマーベースの保水剤を粉末の０．２％；消泡剤を粉末１袋当たり０．０３ガロン；およびポリナフタレンスルホネートベースの超可塑剤を粉末１袋当たり０．０７ガロン。
【００４６】
スラリーＢ：粉末混合物を調製した。平均サイズ１５０ミクロンのセノスフェアから誘導された中空スフェア５５体積％と、平均サイズ３０ミクロンのスコッチライトガラスマイクロスフェア２５体積％と、Ｇ等級のポルトランドセメント１０体積％と、平均サイズ約３ミクロンのポルトランドマイクロセメントとスラグの混合物１０体積％を含んでいた。
【００４７】
水と次に挙げる添加剤をこの粉末と混合して、スラリー中の液体の体積割合が４２％となるようにした。ＡＭＰＳポリマーベースの保水剤を粉末の０．２％；消泡剤を粉末１袋当たり０．０３ガロン；およびポリナフタレンスルホネートベースの超可塑剤を粉末１袋当たり０．０１ガロン。
【００４８】
スラリーＣ：粉末混合物を調製した。平均サイズ１５０ミクロンのセノスフェアから誘導された中空スフェア５５体積％と、平均サイズ３０ミクロンのスコッチライトガラスマイクロスフェア２０体積％と、Ｇ等級のポルトランドセメント１５体積％と、平均サイズ約３ミクロンのポルトランドマイクロセメントとスラグの混合物１０体積％を含んでいた。
【００４９】
水と次に挙げる添加剤をこの粉末と混合して、スラリー中の液体の体積割合が４２％となるようにした。ＡＭＰＳポリマーベースの保水剤を粉末の０．２％；消泡剤を粉末１袋当たり０．０３ガロン；およびポリナフタレンスルホネートベースの超可塑剤を粉末１袋当たり０．０１ガロン。
【００５０】
スラリーＤ：粉末混合物を調製した。平均サイズ１５０ミクロンのセノスフェアから誘導された中空スフェア５５体積％と、平均サイズ３０ミクロンのスコッチライトガラスマイクロスフェア１５体積％と、Ｇ等級のポルトランドセメント２０体積％と、平均サイズ約３ミクロンのポルトランドマイクロセメントとスラグの混合物１０体積％を含んでいた。
【００５１】
水と次に挙げる添加剤をこの粉末と混合して、スラリー中の液体の体積割合が４２％となるようにした。ＡＭＰＳポリマーベースの保水剤を粉末の０．２％；消泡剤を粉末１袋当たり０．０３ガロン；およびポリナフタレンスルホネートベースの超可塑剤を粉末１袋当たり０．０１ガロン。
【００５２】
密度はｋｇ／ｍ３で（括弧内は１ガロン当たりのポンド数で）表されている。流動性はフロースレショルドＴｙによりパスカルで（括弧内は１００平方フィート当たりのポンド数で）、そしてビンガム流体モデルを用いて、ｍＰａ．ｓまたはセンチポイズでプラスチック粘度により表されている。これらのパラメータは周囲温度で求められた。ＣＳとは、６０℃（１４０°Ｆ）、６．９ＭＰａ（１０００ｐｓｉ）の圧力で硬化したセメントの２４時間後と４８時間後の圧縮強度でありＭＰａで（括弧内は１平方インチ当たりのポンド数で）表されている。
【００５３】
【表２】
Figure 0004731773
【００５４】
ポルトランドセメントを「中サイズの」粒子の一部として加えることにより、８ｐｐｇ〜１１ｐｐｇの全範囲の密度をカバーすることが可能となり、圧縮強度が大幅に改善される。この添加によって、良好な流動特性が妨げられることはない。
【００５５】
実施例３
８ｐｐｇを超える密度を有するスラリーについて、軽量粒子の一部をマイクロセメントまたはマイクロセメントとスラグの混合物で置き換えることができる。
【００５６】
スラリーＡ：粉末混合物を調製した。平均サイズ１５０ミクロンのセノスフェアから誘導された中空スフェア５５体積％と、平均サイズ３０ミクロンのスコッチライトガラスマイクロスフェア３０体積％と、平均サイズ約３ミクロンのポルトランドマイクロセメントとスラグの混合物１５体積％を含んでいた。
【００５７】
水と次に挙げる添加剤をこの粉末と混合して、スラリー中の液体の体積割合が４２％となるようにした。ＡＭＰＳポリマーベースの保水剤を粉末の０．２％；消泡剤を粉末１袋当たり０．０３ガロン；およびポリナフタレンスルホネートベースの超可塑剤を粉末１袋当たり０．０７ガロン。
【００５８】
スラリーＢ：粉末混合物を調製した。平均サイズ１５０ミクロンのセノスフェアから誘導された中空スフェア５５体積％と、平均サイズ３０ミクロンのスコッチライトガラスマイクロスフェア２５体積％と、平均サイズ約３ミクロンのポルトランドマイクロセメントとスラグの混合物２０体積％を含んでいた。
【００５９】
水と次に挙げる添加剤をこの粉末と混合して、スラリー中の液体の体積割合が４２％となるようにした。ＡＭＰＳポリマーベースの保水剤を粉末の０．２％；消泡剤を粉末１袋当たり０．０３ガロン；およびポリナフタレンスルホネートベースの超可塑剤を粉末１袋当たり０．０７ガロン。
【００６０】
【表３】
Figure 0004731773
【００６１】
密度はｋｇ／ｍ３で（括弧内は１ガロン当たりのポンド数で）表されている。ＣＳとは、６０℃、６．９ＭＰａ（１０００ｐｓｉ）の圧力で硬化したセメントの２４時間後と４８時間後の圧縮強度でありＭＰａで（括弧内は１平方インチ当たりのポンド数で）表されている。
【００６２】
マイクロセメントとスラグ混合物の含量が増えると、９ｐｐｇでの圧縮強度性能が優れたものとなる。
【００６３】
実施例４
所望の機械特性（可撓性、高圧に耐える能力）に応じて、ＰＶＦを最適化すれば様々な軽量粒子を用いることができる。
【００６４】
スラリーＡ：粉末混合物を調製した。平均サイズ１５０ミクロンのセノスフェアから誘導された中空スフェア５５体積％と、平均サイズ４５ミクロンのセノスフェアから誘導された中空スフェア３０体積％と、平均サイズ約３ミクロンのポルトランドマイクロセメントとスラグの混合物１５体積％を含んでいた。
【００６５】
水と次に挙げる添加剤をこの粉末と混合して、スラリー中の液体の体積割合が４２％となるようにした。ＡＭＰＳポリマーベースの保水剤を粉末の０．２％；消泡剤を粉末１袋当たり０．０３ガロン；およびポリナフタレンスルホネートベースの超可塑剤を粉末１袋当たり０．０７ガロン。
【００６６】
スラリーＢ：粉末混合物を調製した。平均サイズ３００ミクロンのポリプロピレン粒子５５体積％と、平均サイズ３０ミクロンのスコッチライトガラスマイクロスフェア３０体積％と、平均サイズ約３ミクロンのポルトランドマイクロセメントとスラグの混合物１５体積％を含んでいた。
【００６７】
水と次に挙げる添加剤をこの粉末と混合して、スラリー中の液体の体積割合が４２％となるようにした。精製リグノスルホネートベースの凝結遅延剤を粉末の０．２２重量％；ＡＭＰＳポリマーベースの保水剤を粉末の０．２％；およびポリナフタレンスルホネートベースの超可塑剤を粉末１袋当たり０．０５ガロン。
【００６８】
【表４】
Figure 0004731773
【００６９】
密度はｋｇ／ｍ３で（括弧内は１ガロン当たりのポンド数で）表されている。流動性はフロースレショルドＴｙによりパスカルで（括弧内は１００平方フィート当たりのポンド数で）、そしてビンガム流体モデルを用いて、ｍＰａ．ｓまたはセンチポイズでプラスチック粘度により表されている。これらのパラメータは周囲温度で求められた。ＣＳとは、６０℃、６．９ＭＰａ（１０００ｐｓｉ）で硬化したセメントの２４時間後と４８時間後の圧縮強度でありＭＰａで（括弧内は１平方インチ当たりのポンド数で）表されている。
【００７０】
*１０４℃（２２０°Ｆ）、２０．７ＭＰａ（３０００ｐｓｉ）の圧力で硬化したセメントについての２４時間の圧縮強度は、括弧にＭＰａおよびｐｓｉで表した。
【００７１】
実施例５
低温用途について、マイクロセメントとスラグの混合物を純粋なマイクロセメントに代える、またはプラスターを添加して中サイズの粒子と置き換えることができる。
【００７２】
本発明の処方を泡立ったプラスター処方と比べた。
【００７３】
スラリーＡ：粉末混合物を調製した。平均サイズ１５０ミクロンのセノスフェアから誘導された中空スフェア４２．７体積％と、平均サイズ４５ミクロンのセノスフェアから誘導された中空スフェア２０体積％と、石膏２７．３体積％と、平均サイズ約３ミクロンのポルトランドマイクロセメントとスラグの混合物１０体積％を含んでいた。
【００７４】
水と次に挙げる添加剤をこの粉末と混合して、スラリー中の液体の体積割合が４２％となるようにした。精製リグノスルホネートベースの凝結遅延剤を粉末１袋当たり０．０５ガロン；実施例の保水剤を粉末１袋当たり０．０４ガロン；および消泡剤を粉末１袋当たり０．０３ガロン。
【００７５】
スラリーＢ（参照）：このスラリーは従来技術に対応する。粉末の混合物を作成した。Ｇ等級のセメント４０体積％と、プラスター６０体積％から構成されていた。水と添加剤をこの粉末と混合してスラリーの密度を１９００ｋｇ／ｍ３（１５．８ｐｐｇ）とした。
【００７６】
このスラリーを泡立てるために、完全に従来の湿潤剤Ｄ１３８およびＦ０５２．１を１：１の比率で添加した。添加量は泡の品質に応じて異なる。１３２０ｋｇ／ｍ３（１ガロン当たり１１ポンド）の密度を有するスラリーが得られるよう調整した。
【００７７】
【表５】
Figure 0004731773
【００７８】
密度はｋｇ／ｍ３で（括弧内は１ガロン当たりのポンド数で）表されている。流動性はフロースレショルドＴｙによりパスカルで（括弧内は１００平方フィート当たりのポンド数で）、そしてビンガム流体モデルを用いて、ｍＰａ．ｓまたはセンチポイズでプラスチック粘度により表されている。これらのパラメータは周囲温度で求められた。ＣＳとは、表に挙げた条件下での圧縮強度でありＭＰａで（括弧内は１平方インチ当たりのポンド数で）表されている。

Claims (10)

  1. 油井またはガス井をセメンティングするためのセメントスラリーであって、密度が０．９ｇ／ｃｍ３〜１．３ｇ／ｃｍ３で、固体フラクションと液体フラクションとから構成され、間隙率（液体フラクション体積対全体積の比）が３８％〜５０％であり、
    前記固体フラクションが、
    平均サイズ２０ミクロン（μｍ）〜３５０μｍの、密度が２ｇ／ｃｍ ３ 未満の軽量粒子６０体積％〜９０体積％と、セメントとを含んでなり、
    前記固体フラクションが、
    平均粒径が０．５μｍ〜５μｍのマイクロセメント１０体積％〜３０体積％と、
    平均直径が２０μｍ〜５０μｍの粒子を有してなる、ポルトランドセメント０体積％〜２０体積％と、
    石膏０体積％〜３０体積％と
    をさらに含むセメントスラリー。
  2. 間隙率が４５％未満である、請求項１に記載のセメントスラリー。
  3. 前記軽量粒子の密度が０．８ｇ／ｃｍ３未満である、請求項１または２に記載のセメントスラリー。
  4. 前記軽量粒子が、中空マイクロスフェアまたは合成材料から選択される、請求項３に記載のセメントスラリー。
  5. 前記スラリーが、分散剤、不凍剤、保水剤、セメント硬化促進剤または凝結遅緩剤および泡安定化剤の添加剤のうち１種類以上を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のセメントスラリー。
  6. 前記スラリーの前記固体フラクションが、１００μｍ〜３５０μｍの粒径の軽量粒子と、マイクロセメントの粒子とから構成され、軽量粒子対マイクロセメントの比率が７０：３０〜８５：１５である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のセメントスラリー。
  7. 前記混合物の前記固体フラクションが、平均直径が１００μｍ〜４００μｍの第１の軽量粒子５０体積％〜６０体積％と、平均直径が２０μｍ〜４０μｍの第２の軽量粒子３０％〜４５％と、マイクロセメント５％〜２０％とから構成される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のセメントスラリー。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のスラリーの油またはガスの坑井のセメンティングにおける使用。
  9. 前記中空マイクロスフェアが、シリコ−アルミネートマイクロスフェアまたはセノスフェアから選択される、請求項４〜７のいずれか一項に記載のセメントスラリー。
  10. 前記合成材料が、中空ガラスビーズ、ナトリウム−カルシウム−ホウケイ酸塩ガラスのビーズ、セラミックマイクロスフェア、またはプラスチック材料のビーズから選択される、請求項４〜７のいずれか一項に記載のセメントスラリー。
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