JPH11157908A - 軽量の高温井戸用セメント組成物及びセメンチング方法 - Google Patents

軽量の高温井戸用セメント組成物及びセメンチング方法

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JPH11157908A JP22017698A JP22017698A JPH11157908A JP H11157908 A JPH11157908 A JP H11157908A JP 22017698 A JP22017698 A JP 22017698A JP 22017698 A JP22017698 A JP 22017698A JP H11157908 A JPH11157908 A JP H11157908A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 二酸化炭素を含む高温井戸において特に有
用な軽量の高温井戸セメント組成物及びそのセメンチン
グ方法を提供する。 【解決手段】 本発明のセメント組成物は、アルミン
酸カルシウム、ＡＳＴＭクラスＦフライアッシュ、及び
水を主成分とし、ドリルホールを介して二酸化炭素を含
む高温の井戸にセメンチングし得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に、軽量の高温
井戸用セメント組成物及びそのセメンチング方法に関
し、特に、二酸化炭素を含む高温井戸へのセメンチング
用として適するセメント組成物及びそのセメンチング方
法に関するものである。
【０００２】また、この出願は、１９９７年８月１５日
に出願された米国特許出願Ｎｏ．０８／９１２，２０３
の一部継続出願である。
【０００３】
【従来の技術】例えば地熱井戸（geothermal well）の
ような、二酸化炭素を含む高温地中井戸の仕上げにおい
て、従来の水硬性セメント組成物を用いると、早期に井
戸の破損が生ずる。ドリルホール（well bore）の静温
度が高く、かつ二酸化炭素を含有する塩水が存在するた
めに、従来の水硬性セメントは、アルカリ炭酸塩化、特
に炭酸ナトリウム誘導炭酸塩化により、急速に劣化す
る。典型的には、著しく高い温度、圧力、及び二酸化炭
素濃度を伴う地熱井戸では、従来の井戸セメントの破壊
は５年未満で生じ、井戸ケーシングは崩壊する。
【０００４】従来より、アルミン酸カルシウムと燐酸塩
含有溶液との酸塩基反応により形成される燐酸カルシウ
ムセメントとして知られるセメント材料は、熱水環境に
おいて硬化したとき高い強度、低い透水性、及び優れた
耐二酸化炭素性を有することがわかっている。しかし、
カルシウム燐酸塩セメントは、比較的高い密度、例え
ば、約１５〜約１７ポンド／ガロン（約１．８０〜約
２．０４ｇ／ｃｍ3）の範囲の密度を有し、この密度は
地熱用としては高すぎる密度である。即ち、地熱井戸で
は、高密度カルシウム燐酸セメントが与える静水圧は、
セメントがそこに入って失われる断裂の形成を引き起こ
すドリルホールにより貫通される地中領域の破面勾配を
超えてしまうことが多い。中空の微小球を含むカルシウ
ム燐酸セメントが開発され、約１０ポンド／ガロン（約
１．２０ｇ／ｃｍ3）の密度を有するものとなったが、
このような軽量組成物は比較的高価で、硬化したセメン
ト中の微小球の存在のために、その圧縮強さが低下して
しまうという欠点があった。
【０００５】このことから、二酸化炭素を含む高温井戸
のセメンチングに使用できる比較的安価な改善型井戸用
セメント組成物が必要となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の主た
る目的は、上述の必要性を満たし従来技術の欠点を克服
した、地熱井戸のような二酸化炭素を含む高温井戸にお
いて特に有用な、改良された軽量高温井戸セメント組成
物及びそのセメンチング方法を提供することにある。
【０００７】本発明の別の目的は、炭酸塩化耐性井戸用
の改良されたセメント組成物、及びそのセメンチング方
法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の組成物は、アル
ミン酸カルシウム、フライアッシュ、及びポンピング可
能なスラリーを形成するに十分な量の水を主な成分とす
る。
【０００９】本発明の別の組成物は、アルミン酸カルシ
ウム、フライアッシュ、ポンピング可能なスラリーを形
成するに十分な量の水、発泡剤、泡安定剤、及び約９．
５〜約１４ポンド／ガロン（約１．１４〜約１．６８ｇ
／ｃｍ3）の範囲の密度を有する泡を形成するに十分な
量のガスを含む。
【００１０】本発明の更に別の組成物は、アルミン酸カ
ルシウム、ポリ燐酸ナトリウム、フライアッシュ、ポン
ピング可能なスラリーを形成するに十分な量の水、発泡
剤、泡安定剤、及び約９．５〜約１４ポンド／ガロン
（約１．１４〜約１．６８ｇ／ｃｍ3）の範囲の密度を
有する泡を形成するに十分な量のガスを含む。
【００１１】本発明の、ドリルホールにより貫通される
二酸化炭素を含む高温地中領域へのセメンチング方法
は、主として、本発明の井戸セメント組成物を形成する
過程と、前記セメント組成物をドリルホールを介して地
中領域にポンピングし、前記セメント組成物がその内部
で硬い不浸透性の塊体に硬化できるようにする過程とを
含む。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の好適実施例について、以
下説明する。
【００１３】上述のように、例えば地熱井戸のような、
二酸化炭素を含む高温井戸では、塩水を含む二酸化炭素
の存在下で劣化しない井戸セメント組成物を使用するこ
とが通常必要となる。ここで「高温」なる用語は、ホー
ルの底部での静温度が約３００゜Ｆ（約１４９℃）以上
約７００゜Ｆ（約３７１℃）以下の井戸を意味するもの
として用いられている。従来の水硬性セメントをこのよ
うな井戸において用いると、炭酸塩化により、水溶性の
塩に変えられるセメントの溶解が起こる。更に、スチー
ル製パイプがひどく腐食し、従来のセメントで支持され
た井戸構造は完全に崩壊することになる。
【００１４】従来型の通常密度のセメントスラリーを地
熱井戸やそれに類する井戸で用いると、セメントの循環
停止（loss of circulation）の問題が生じることが多
い。これは、極めて低い破面勾配を有する井戸における
脆弱な未固結層（unconsolidated formations）のため
である。このような井戸に比較的高密度のセメントスラ
リーをポンピングすると、その中の脆弱な未固結地中領
域にかかる静水圧により、破損領域が生ずる。これによ
って、ポンピングされたセメントスラリーが破損部に流
れ込み、循環停止の問題が発生する。このよな問題を回
避するため、地熱井戸やそれに類する井戸で用いられる
セメント組成物は軽量、即ち約９．５〜約１４ポンド／
ガロン（約１．１４〜約１．６８ｇ／ｃｍ3）の範囲の
密度を有するものでなければならない。
【００１５】本発明により、高温炭酸塩化による劣化に
対する耐性を有する改善された井戸セメント組成物が提
供される。本発明のセメント組成物は発泡性または非発
泡性のものであり得、アルミン酸カルシウム、フライア
ッシュ、及びポンピング可能なスラリーを形成するに十
分な量の水を主な成分とする。発泡性の場合、このセメ
ント組成物は、発泡剤、泡安定剤、及び約９．５〜約１
４ポンド／ガロン（約１．１４〜約１．６８ｇ／ｃ
ｍ3）の範囲の密度を有する泡を形成するに十分な量の
ガスを含む。
【００１６】本発明の別の組成物は、アルミン酸カルシ
ウム、ポリ燐酸ナトリウム、フライアッシュ、ポンピン
グ可能なスラリーを形成するに十分な量の水、発泡剤、
泡安定剤、及び約９．５〜約１４ポンド／ガロン（約
１．１４〜約１．６８ｇ／ｃｍ 3）の範囲の密度を有す
る泡を形成するに十分な量のガスを含む。
【００１７】このアルミン酸カルシウムは、セメントと
して使用するために適する市販可能な品質のアルミン酸
カルシウムであり得る。このような適切なアルミン酸カ
ルシウムは、ＲＥＦＣＯＮ（商標）なる商品名で、米国
ペンシルバニア州アレンタウンのＬｅｈｉｇｈ Ｐｏｒ
ｔｌａｎｄ Ｃｅｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙから市販さ
れている。このアルミン酸カルシウムは、組成物の約１
５〜約４５重量％の範囲の量で、セメント組成物に含め
られる。
【００１８】使用時に、ポリ燐酸ナトリウムは、ヘキサ
メタ燐酸ナトリウム（sodium hexametaphosphate）及び
トリ燐酸ナトリウム、ならびにガラス質の燐酸ナトリウ
ムを含む。本発明に基づいてしようするために適切なポ
リ燐酸ナトリウムは、米国ペンシルバニア州ピッツバー
グのＣａｌｇｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販さ
れている。ポリ燐酸ナトリウムは、組成物の約５〜２０
重量％の範囲の量で、セメント組成物に含められ得る。
それを含んでいるとき、ポリ燐酸ナトリウムはアルミン
酸カルシウムと結びつき、水酸化燐灰石（hydroxyapati
te）の形態で燐酸カルシウムを形成する。
【００１９】フライアッシュは、粉砕された若しくは粉
末状の石炭の燃焼によって生ずる最終的な燃え残りであ
り、生成された煙道ガスで運ばれる。本発明において使
用するに適切な特定のフライアッシュは、ＰＯＺＭＩＸ
（商標）なる商品名で米国ミシガン州ＬａＦａｒｇｏ
Ｃｏｒｐｏｒａｉｏｎから市販されている、約１０５８
５ｃｍ２／ｇのブレーン細末度（Blaine fineness）を
有する、微粒子サイズＡＳＴＭ（アメリカ材料試験協
会）クラスＦのフライアッシュである。別の適当なフラ
イアッシュとしては、ＰＯＺＭＩＸ（商標）Ａなる商品
名で米国テキサス州ダラスのHalliburton Energy Servi
cesから市販されているＡＳＴＭクラスＦフライアッシ
ュがある。このフライアッシュは、通常、組成物の約２
５〜約４５重量％の範囲の量で、組成物に含められる。
【００２０】ＡＳＴＭクラスＦフライアッシュの主な結
晶相は、ムライト（３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）である。
これはアルミン酸カルシウムと反応して、カルシウムア
ルミノケイ酸塩（ＣａＯ・Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2）を形
成する。また、フライアッシュに含まれる鉄及び石英
は、アルミン酸カルシウムと反応して、灰鉄ザクロ石
（（Ｃａ3Ｆｅ2ＳｉＯ4）3）を形成する。これらの反応
により、硬化したセメントの圧縮強さが、アルミン酸カ
ルシウムセメント単体の場合と比較して高められる。
【００２１】使用される水は、セメント組成物に含まれ
る他の成分に悪影響を与える成分を過剰に含んでいなけ
れば、どのようなものでも使用可能である。例えば、水
は淡水でも塩水でも使用可能である。通常水は、セメン
ト組成物のなかにポンピング可能なスラリーを形成する
に十分な量、即ち組成物の約１０〜約６０重量％の量だ
け存在する。
【００２２】セメント組成物の発泡を促進するために、
組成物に発泡剤が含められる。このような発泡剤で特に
好適なのは、以下のような化学式のαオレフィンスルホ
ン酸塩である。
【００２３】H(CH2)n-CH=CH-(CH2)mSO3Na ここで、ｎ及びｍはそれぞれ、約６〜約１６の範囲の整
数である。この発泡剤は、組成物の水に対して約１〜約
２重量％の量だけセメント組成物に含められる。最も好
適なこの型の発泡剤は、上述の化学式でｎ及びｍの値が
それぞれ１６であるαオレフィンスルホン酸塩、即ちス
ルホン酸Ｃ16-16アルカンナトリウム塩である。
【００２４】発泡後に組成物の安定性を強化するため
に、泡安定剤もセメント組成物に含められる。安定剤で
好適なのは、以下の化学式のアミドプロピルベタインで
ある。
【００２５】R-CONHCH2CH2N+(CH3)2CH2CO2 - ここで、Ｒはデシル基、セチル基、オレイル基、ラウリ
ル基、及びココイル基（cocoyl）からなるグループから
選択されたラジカルである。泡安定剤は、通常、組成物
の水に対して約０．５〜１重量％の範囲の量で、セメン
ト組成物に含められる。最も好適なこの型の泡安定剤
は、ココイルアミドプロビルベタインである。
【００２６】組成物を発泡させるのに使用されるガスは
空気か窒素であり得、最も好適なのは窒素である。セメ
ント組成物に存在するガスの量は、約９．５〜１４ポン
ド／ガロン（約１．１４〜約１．６８ｇ／ｃｍ3）の範
囲の、最も好適には１２ポンド／ガロン（約１．４４ｇ
／ｃｍ3）の密度を有する泡を形成するに十分な量であ
る。
【００２７】本発明のセメント組成物が硬化したものに
弾力性を与えるために、組成物は、所望に応じて不活性
で粉砕されたゴムの粒子を含んでいてもよい。このよう
な粒子は古タイヤから作られ、米国オクラホマ州ダンカ
ンのＦｏｕｒ Ｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販さ
れている。
【００２８】ドリルホールの静温度約１２５゜Ｆ（約５
２℃）以上のとき、硬化遅緩剤（set retarder）が必要
である。硬化遅緩剤は、セメント組成物が増粘、硬化し
始める時間を長くして、増粘が起こる前に、組成物をド
リルホール内の、セメンチングされるべき領域にポンピ
ングできるようにする役目を果たす。本発明により使用
されるこのような硬化遅緩剤で好適なものは、グルコン
酸やクエン酸である。それを使用する場合、硬化遅緩剤
は、組成物の約０．５〜２重量％の範囲の量、セメント
組成物に含められる。
【００２９】本発明の好適な組成物は、組成物の約３０
重量％の量のアルミン酸カルシウムと、組成物の約５０
重量％の量のＡＳＴＭクラスＦフライアッシュと、スラ
リーを形成するに十分な量の水とを含む。
【００３０】本発明の別の好適実施例は、組成物の約３
０重量％の量のアルミン酸カルシウムと、組成物の約５
０重量％の量のＡＳＴＭクラスＦフライアッシュと、ポ
ンピング可能なスラリーを形成するに十分な量の水と、
組成物の約１．５重量％の量のスルホン酸Ｃ16-16アル
カンナトリウム塩を含む発泡剤と、組成物中の水に対し
て約０．７５重量％のココイルアミドプロピルベタイン
を含む泡安定剤と、約９．５〜約１４ポンド／ガロン
（約１．１４〜約１．６８ｇ／ｃｍ3）の範囲の密度を
有する泡を形成するに十分な量のガスとを含む。
【００３１】本発明の更に別の好適実施例は、組成物の
約２８重量％の量のアルミン酸カルシウムと、組成物の
１９重量％の量のポリ燐酸ナトリウムと、組成物の約４
９重量％の量のＡＳＴＭクラスＦフライアッシュと、ポ
ンピング可能なスラリーを形成するに十分な量の水と、
組成物中の水に対して約８重量％の量のスルホン酸Ｃ
16-16アルカンナトリウム塩を含む発泡剤と、組成物中
の水に対して約４重量％の量のココイルアミドプロピル
ベタインを含む泡安定剤と、約９．５〜約１４ポンド／
ガロン（約１．１４〜約１．６８ｇ／ｃｍ3）の範囲の
密度を有する泡を形成するに十分な量のガスとを含む。
【００３２】前述のように、前述のセメント組成物は、
組成物の弾力性を改善するために、組成物の約１０〜約
４０重量％の範囲の量の粉砕されたゴム粒子を含み得
る。更に、ドリルホールの静温度が約１２５°Ｆ以上で
ある場合、グルコン酸かクエン酸から選択された硬化遅
緩剤が、組成物の約１．０重量％の量だけセメント組成
物に含められる。
【００３３】本発明のセメント組成物は、慣用的に用い
られる任意の混合技術に従って調合され得る。好適な方
法の１つでは、一定量の水がセメントブレンダーに導入
され、その後（それを使用する場合は）ポリ燐酸ナトリ
ウム、アルミン酸カルシウム、及びフライアッシュがセ
メントブレンダーに導入される。この混合物はポンピン
グ可能な非発泡性スラリーを形成するに十分な時間だけ
撹拌される。
【００３４】上述のように形成されたセメントスラリー
がは発泡した時、このスラリーはドリルホール内にポン
ピングされ、発泡剤、泡安定剤それに続いて使用される
ガスが流れるスラリーの中に注入される。作られた発泡
剤セメント組成物が流し込まれる位置に向けてスラリー
及びガスがドリルホール内を流れるにつれ、このセメン
ト組成物は発泡し安定化される。他の液体添加物を使用
する場合は、それはセメント組成物の他の成分が混合さ
れる前に水の中に添加され、他の固形成分がもしあれ
ば、それは混合の前に水及びセメントに添加される。
【００３５】本発明による、ドリルホールによって貫通
された、二酸化炭素を含む高温地中領域へのセメンチン
グ方法は、基本的に、本発明の発泡性セメント組成物を
形成する過程と、前記発泡性セメント組成物をドリルホ
ールを介してセメンチングされるべき地中領域にポンピ
ングし、前記セメント組成物がその内部で堅い不浸透性
の塊体に固化できるようにする過程とを含む。
【００３６】本発明の改善された組成物及びそのセメン
チング方法を更に説明するために、以下の実例について
記述する。
【００３７】初めに実例１について説明する。
【００３８】対照試験において、ＡＰＩクラスＧポート
ランドセメント社製セメントを４０％のシリカ粉末及び
水と混合して、セメントスラリーを形成した。このスラ
リーは、１９０°Ｆ（約８８℃）の温度で２４時間で硬
化可能であった。その後、この硬化セメントを、４重量
％のナトリウム炭酸塩に、６００°Ｆ（約２６０℃）で
２８日間入れておいた。
【００３９】２３．３％の水、１７．５％のアルミン酸
カルシウム、１５．６％のポリ燐酸ナトリウム、４０．
８％のＡＳＴＭクラスＦフライアッシュ、１．９％のス
ルホン酸C16-16アルカンナトリウム塩発泡剤、及び０．
９％のココイルアミドプロピルベタイン泡安定剤（ここ
で％とは全て重量％である）を含む燐酸カルシウムセメ
ント組成物を調合した。各成分の混合の後、得られたス
ラリーを、１９０°Ｆ（約８８℃）の温度で２４時間か
けて硬化させた。その後、硬化したセメントを、６００
°Ｆ（約２６０℃）で２８日間４重量％の炭酸ナトリウ
ム溶液に入れておいた。
【００４０】試験期間の終わりに、硬化ポートランドセ
メント社製セメント組成物及びアルミン酸カルシウムセ
メント組成物の中から取り出したサンプルを試験した。
この試験により、ポートランドセメント社製セメント組
成物は１．５重量％の炭酸カルシウムを含んでおり、燐
酸カルシウムセメントはそれを含んでいないことが分か
った。硬化セメントの外部から取り出したサンプルにつ
いても試験した結果、ポートランドセメント社製セメン
ト組成物は１６．６％の炭酸カルシウムを含んでいる
が、燐酸カルシウムセメントはそれを含んでいないこと
が分かった。
【００４１】実例２について以下説明する。
【００４２】試験用燐酸カルシウムセメントスラリーの
サンプルを、２４０ｇの水と１８０ｇのアルミン酸カル
シウムと、１６０ｇのポリ燐酸ナトリウムと、４２０ｇ
のフライアッシュをそれぞれのサンプルについて混合す
ることにより調合した。様々なポートランドセメント社
製セメント硬化遅緩剤添加物を、試験サンプルに転化し
た。混合の後、各試験サンプルについて、１９９０年７
月１日にアメリカ石油協会（ＡＰＩ）から発行された
“ＡＰＩ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ ＦｏｒＭａｔ
ｅｒｉａｌｓ Ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｆｏｒ Ｗｅ
ｌｌ Ｃｅｍｅｎｔｓ， ＡＰＩ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａ
ｔｉｏｎ １０， ５ｔｈ ｅｄ．，”に記載の試験手
順に従って、１２５°Ｆ（約５２℃）で増粘時間につい
て試験した。試験された硬化遅緩剤は同定された。増粘
時間試験の結果は表１に示す。
【００４３】
【表１】
【００４４】表１から、グルコン酸やクエン酸は、１２
５°Ｆ（約５２℃）の温度におけるアルミン酸カルシウ
ムセメント組成物用の最も効果的な硬化遅緩剤となるこ
とが分かる。
【００４５】実例３について以下説明する。
【００４６】２つの追加のアルミン酸カルシウムセメン
トスラリーのサンプルを、以下の表２に示すように調合
した。混合の後、得られたスラリーを、１９０°Ｆ（約
８８℃）で２４時間かけて硬化させた。その後、硬化し
たサンプルを、６００°Ｆ（約３１６℃）で２８日間４
重量％の液体炭酸ナトリウム溶液に入れておいた。２８
日間の最後に、そのサンプルを、上述のＡＰＩ Ｓｐｅ
ｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ１０に従って圧縮強さについて試
験した。試験の結果も表２に記載されている。
【００４７】
【表２】
【００４８】表２から、本発明のアルミン酸カルシウム
セメント組成物が、６００°Ｆ（約３１６℃）で炭酸ナ
トリウム溶液の中に２８日間入れた後その圧縮強さを維
持していたことが分かる。
【００４９】実例４について以下説明する。
【００５０】APIクラスGポートランドセメント社製セメ
ントを、４０％のシリカ粉末及び水と混合してセメント
スラリーを形成した。そのスラリーを、５００°Ｆ（約
２６０℃）の温度で４８時間かけて硬化させた。その
後、硬化したセメントを、２．４％のドライアイスと
０．８％の硫酸を含む溶液に入れた。３０％の水と、３
７％のアルミ酸カルシウムと、３３％のＡＳＴＭクラス
Ｆフライアッシュを含むアルミン酸カルシウムセメント
組成物を調合した。得られたスラリーを、５００°Ｆ
（約２６０℃）の温度で４８時間かけて硬化させた。そ
の後、この硬化したセメントを、２４％のドライアイス
と０．８％の硫酸を含む溶液に入れた。上述の試験用セ
メントサンプルを、５００°Ｆ（約２６０℃）の温度で
５３日間炭酸溶液に漬けておいた。その後ポートランド
セメント社製セメントはその重量の３３％が失われた
が、アルミン酸カルシウムは０．１％その重量を増し
た。
【００５１】アルミン酸カルシウム（ｌｅｈｉｇｈ“Ｒ
ＥＦＣＯＮ（商標）”）を、５９％の水と混合し、５０
０°Ｆで２４時間かけて硬化させた。同じアルミン酸カ
ルシウムをアルミン酸カルシウムに対して７５重量％の
ＡＳＴＭクラスＦフライアッシュ及びアルミン酸カルシ
ウムに対して３４重量％の量の水を混合し、５００°Ｆ
（約２６０℃）の温度で２４時間かけて硬化させた。硬
化したサンプルを、上述のＡＰＩ Ｓｐｅｃｉｆｉｃａ
ｔｉｏｎ １０に従って圧縮強さについて試験した。ア
ルミン酸カルシウムのみから形成された硬化サンプル
は、圧縮強さが４１０ｐｓｉに過ぎなかったが、アルミ
ン酸カルシウムとフライアッシュから形成されたサンプ
ルは、２１２０ｐｓｉの圧縮強さを有していた。
【００５２】従って、本発明は上述の本発明の目的及び
利点を達成するものである。本発明の様々な変更が当業
者によって成され得るが、このような変更は請求項に記
載の本発明の範囲内に含まれている。
【００５３】
【発明の効果】以上より、本発明により、地熱井戸のよ
うな二酸化炭素を含む高温井戸において特に有用な改良
された軽量の高温井戸セメント組成物及びそのセメンチ
ング方法が提供される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ０４Ｂ 24:06 24:16） 111:26 (72)発明者 ディー・チャド・ブレニーズ アメリカ合衆国オクラホマ州73055・マー ロウ・ボックス 195・ルート ２ (72)発明者 ジェリー・ディー・チャイルズ アメリカ合衆国オクラホマ州73533・ダン カン・スプリングデイルレーン 3101 (72)発明者 スーザン・エム・ターケット アメリカ合衆国オクラホマ州73533・ダン カン・ウェストエルム 712 (72)発明者 バリー・ビー・エクストランド アメリカ合衆国テキサス州77450・ケイテ ィー・サンツリーレーン 2703

Claims (40)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 二酸化炭素を含む高温井戸のセメンチ
    ングにおいて有用な改良型セメント組成物であって、 前記組成物の約１５〜約４５重量％の範囲の量のアルミ
    ン酸カルシウムと、 前記組成物の約２５〜約４５重量％の範囲の量のフライ
    アッシュとポンピング可能なスラリーを形成するに十分
    な量の水とを含むことを特徴とするセメント組成物。
  2. 【請求項２】 前記水が、淡水と塩水とからなるグル
    ープから選択されることを特徴とする請求項１に記載の
    セメント組成物。
  3. 【請求項３】 前記水が、前記組成物の約１０〜約６
    ０重量％の範囲の量だけ前記組成物中に含まれることを
    特徴とする請求項１に記載のセメント組成物。
  4. 【請求項４】 前記組成物の約１０〜約４０重量％の
    範囲の量の粉砕されたゴム粒子を更に含むことを特徴と
    する請求項１に記載のセメント組成物。
  5. 【請求項５】 グルコン酸及びクエン酸からなるグル
    ープから選択された硬化遅緩剤を、効果的な量含むこと
    を特徴とする請求項１に記載のセメント組成物。
  6. 【請求項６】 効果的な量の発泡剤、効果的な量の泡
    安定剤、及び約１１．５〜約１５ポンド／ガロン（約
    １．３８〜約１．８０ｇ／ｃｍ3）の範囲の密度を有す
    る泡を形成するに十分な量のガスを更に含むことを特徴
    とする請求項１に記載のセメント組成物。
  7. 【請求項７】 前記発泡剤が、ｎ及びｍをそれぞれ約
    ６〜約１６の範囲の整数としたとき、 H(CH2)n-CH=CH-(CH2)mSO3Na なる化学式のαオレフィンスルホン酸塩を、前記組成物
    における水の約１．０〜約２．０重量％の範囲の量だけ
    含むことを特徴とし、 前記泡安定剤が、Ｒをデシル基、セチル基、オレイル
    基、ラウリル基、及びココイル基（cocoyl）からなるグ
    ループから選択されたラジカルとしたとき、 R-CONHCH2CH2N+(CH3)2CH2CO2 - なる化学式のベタインを、前記組成物における水の約
    ０．５〜約１．０重量％の範囲の量だけ含むことを特徴
    とする請求項６に記載のセメント組成物。
  8. 【請求項８】 前記αオレフィンスルホン酸塩が、ス
    ルホン酸Ｃ16-16アルカンナトリウム塩であることを特
    徴とする請求項７に記載のセメント組成物。
  9. 【請求項９】 前記ベタインが、ココイルアミドプロ
    ビルベタインであることを特徴とする請求項７に記載の
    セメント組成物。
  10. 【請求項１０】 二酸化炭素を含む高温井戸のセメン
    チングにおいて有用な改良型セメント組成物であって、 前記組成物の約１５〜約４５重量％の範囲の量のアルミ
    ン酸カルシウムと、 前記組成物の約２５〜約４５重量％の範囲の量のフライ
    アッシュと ポンピング可能なスラリーを形成するに十分な量の水
    と、 発泡を促進するに効果的な量の発泡剤と、 泡を安定させるに効果的な量の泡安定剤と、 約９．５〜約１４ポンド／ガロン（約１．１４〜約１．
    ６８ｇ／ｃｍ3）の範囲の密度を有する泡を形成するに
    十分な量のガスとを含むことを特徴とするセメント組成
    物。
  11. 【請求項１１】 前記水が、淡水と塩水とからなるグ
    ループから選択されることを特徴とする請求項１０に記
    載のセメント組成物。
  12. 【請求項１２】 前記水が、前記組成物の約２０〜約
    ５０重量％の範囲の量だけ前記組成物中に含まれること
    を特徴とする請求項１０に記載のセメント組成物。
  13. 【請求項１３】 前記組成物の約１０〜約４０重量％
    の範囲の量の粉砕されたゴム粒子を更に含むことを特徴
    とする請求項１０に記載のセメント組成物。
  14. 【請求項１４】 グルコン酸及びクエン酸からなるグ
    ループから選択された硬化遅緩剤を、効果的な量含むこ
    とを特徴とする請求項１０に記載のセメント組成物。
  15. 【請求項１５】 前記発泡剤が、ｎ及びｍをそれぞれ
    約６〜約１６の範囲の整数としたとき、 H(CH2)n-CH=CH-(CH2)mSO3Na なる化学式のαオレフィンスルホン酸塩を、前記組成物
    における水の約１．０〜約２．０重量％の範囲の量だけ
    含むことを特徴とする請求項１０に記載のセメント組成
    物。
  16. 【請求項１６】 前記泡安定剤が、Ｒをデシル基、セ
    チル基、オレイル基、ラウリル基、及びココイル基（co
    coyl）からなるグループから選択されたラジカルとした
    とき、 R-CONHCH2CH2N+(CH3)2CH2CO2 - なる化学式のベタインを、前記組成物における水の約
    ０．５〜約１．０重量％の範囲の量だけ含むことを特徴
    とする請求項１０に記載のセメント組成物。
  17. 【請求項１７】 前記ガスが、窒素及び空気からなる
    グループから選択されることを特徴とする請求項１０に
    記載のセメント組成物。
  18. 【請求項１８】 二酸化炭素を含む高温井戸のセメン
    チングにおいて有用な軽量セメント組成物であって、 前記組成物の約２８重量％の量のアルミン酸カルシウム
    と、 前記組成物の約１９重量％の量のポリ燐酸ナトリウム
    と、 前記組成物の約４９重量％の量のＡＳＴＭクラスＦのフ
    ライアッシュと ポンピング可能なスラリーを形成するに十分な量の水
    と、 発泡を促進するに効果的な量の発泡剤と、 泡を安定させるに効果的な量の泡安定剤と、 約９．５〜約１４ポンド／ガロン（約１．１４〜約１．
    ６８ｇ／ｃｍ3）の範囲の密度を有する泡を形成するに
    十分な量のガスとを含むことを特徴とするセメント組成
    物。
  19. 【請求項１９】 前記発泡剤が、スルホン酸Ｃ16-16
    アルカンナトリウム塩であって、前記組成物の約２重量
    ％の量存在することを特徴とする請求項１８に記載のセ
    メント組成物。
  20. 【請求項２０】 前記泡安定剤がココイルアミドプロ
    ビルベタインであって、前記組成物の約１重量％の量存
    在することを特徴とする請求項１８に記載のセメント組
    成物。
  21. 【請求項２１】 前記組成物の約１０〜約４０重量％
    の範囲の量の粉砕されたゴム粒子を更に含むことを特徴
    とする請求項１８に記載のセメント組成物。
  22. 【請求項２２】 グルコン酸及びクエン酸からなるグ
    ループから選択された硬化遅緩剤を、効果的な量含むこ
    とを特徴とする請求項１８に記載のセメント組成物。
  23. 【請求項２３】 二酸化炭素を含む地中領域に穿孔さ
    れたドリルホールを介してセメンチングする方法であっ
    て、 （ａ）アルミン酸カルシウム、フライアッシュ、及びポ
    ンピング可能なスラリーを形成するに十分な量の水を含
    む井戸セメント組成物を形成する過程と、 （ｂ）前記セメント組成物を、前記ドリルホールを介し
    て前記地中領域にポンピングする過程と、 （ｃ）前記セメント組成物がその内部で硬い不浸透性の
    塊体に硬化できるようにする過程とを有することを特徴
    とするセメンチング方法。
  24. 【請求項２４】 前記水が、淡水と塩水とからなるグ
    ループから選択されることを特徴とする請求項２３に記
    載のセメンチング方法。
  25. 【請求項２５】 アルミン酸カルシウムが、前記組成
    物の約１５〜４５重量％の範囲の量、前記組成物のなか
    に存在することを特徴とする請求項２３に記載のセメン
    チング方法。
  26. 【請求項２６】 前記フライアッシュが、前記組成物
    の約２５〜約４５重量％の範囲の量、前記組成物のなか
    に存在することを特徴とする請求項２３に記載のセメン
    チング方法。
  27. 【請求項２７】 前記セメント組成物が、 発泡を促進するに効果的な量の発泡剤と、 泡を安定させるに効果的な量の泡安定剤と、 約９．５〜約１４ポンド／ガロン（約１．１４〜約１．
    ６８ｇ／ｃｍ3）の範囲の密度を有する泡を形成するに
    十分な量のガスとを更に含むことを特徴とする請求項２
    ３に記載のセメンチング方法。
  28. 【請求項２８】 前記発泡剤が、ｎ及びｍをそれぞれ
    約６〜約１６の範囲の整数としたとき、 H(CH2)n-CH=CH-(CH2)mSO3Na なる化学式のαオレフィンスルホン酸塩を、前記組成物
    における水の約１．０〜約２．０重量％の範囲の量だけ
    含むことを特徴とし、 前記泡安定剤が、Ｒをデシル基、セチル基、オレイル
    基、ラウリル基、及びココイル基（cocoyl）からなるグ
    ループから選択されたラジカルとしたとき、 R-CONHCH2CH2N+(CH3)2CH2CO2 - なる化学式のベタインを、前記組成物における水の約
    ０．５〜約１．０重量％の範囲の量だけ含むことを特徴
    とする請求項２７に記載のセメンチング方法。
  29. 【請求項２９】 前記αオレフィンスルホン酸塩が、
    スルホン酸Ｃ16-16アルカンナトリウム塩であることを
    特徴とする請求項２７に記載のセメンチング方法。
  30. 【請求項３０】 前記ベタインが、ココイルアミドプ
    ロピルベタインであることを特徴とする請求項２７に記
    載のセメンチング方法。
  31. 【請求項３１】 二酸化炭素を含む高温の地中領域に
    穿孔されたドリルホールを介してセメンチングする方法
    であって、 （ａ）アルミン酸カルシウム、ポリ燐酸ナトリウム、フ
    ライアッシュ、ポンピング可能なスラリーを形成するに
    十分な量の水、発泡剤、泡安定剤、及び約９．５〜約１
    ４ポンド／ガロン（約１．１４〜約１．６８ｇ／ｃ
    ｍ3）の範囲の密度を有する泡を形成するに十分な量の
    ガスを含む井戸セメント組成物を形成する過程と、 （ｂ）前記セメント組成物を、前記ドリルホールを介し
    て前記地中領域にポンピングする過程と、 （ｃ）前記セメント組成物がその内部で硬い不浸透性の
    塊体に硬化できるようにする過程とを有することを特徴
    とするセメンチング方法。
  32. 【請求項３２】 前記水が、淡水と塩水とからなるグ
    ループから選択されることを特徴とする請求項３１に記
    載のセメンチング方法。
  33. 【請求項３３】 前記発泡剤が、αオレフィンスルホ
    ン酸塩であることを特徴とする請求項３１のセメンチン
    グ方法。
  34. 【請求項３４】 前記αオレフィンスルホン酸塩が、
    スルホン酸Ｃ16-16アルカンナトリウム塩であって、前
    記組成物における水の約１．０〜約２．０重量％の範囲
    の量だけ前記組成物のなかに存在することを特徴とする
    請求項３３に記載のセメンチング方法。
  35. 【請求項３５】 前記泡安定剤が、ベタインであるこ
    とを特徴とする請求項３１に記載のセメンチング方法。
  36. 【請求項３６】 前記ベタインがココイルアミドプロ
    ピルベタインであって、前記組成物における水の約０．
    ５〜約１．０重量％の範囲の量前記組成物のなかに存在
    することを特徴とする請求項３５に記載のセメンチング
    方法。
  37. 【請求項３７】 前記アルミン酸カルシウムが、前記
    組成物の約１５〜約４５重量％の範囲の量前記組成物の
    なかに存在することを特徴とする請求項３１に記載のセ
    メンチング方法。
  38. 【請求項３８】 前記ポリ燐酸ナトリウムが、前記組
    成物の約５〜約２０重量％の範囲の量、前記組成物のな
    かに存在することを特徴とする請求項３１に記載のセメ
    ンチング方法。
  39. 【請求項３９】 前記フライアッシュが、前記組成物
    の約２５〜約４５重量％の範囲の量、前記組成物のなか
    に存在することを特徴とする請求項３１に記載のセメン
    チング方法。
  40. 【請求項４０】 前記組成物が、前記組成物の約１０
    〜約４０重量％の範囲の量、前記組成物のなかに存在す
    る粉砕されたゴム粒子を含むことを特徴とする請求項３
    １に記載のセメンチング方法。
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