JPS60156895A - 塩層を通る坑井をセメンテイングするための組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ボアホール（ｂｏｒｅｈｏｌｏａ）、更に詳
細には油井のセメンティングに関する。

地下岩石を通して掘シ抜かれて流体を産出または圧入す
る如何なる坑井も、セメンティングされて（ｂ＠ｃｅｍ
ｅｎｔｅｄ　）中でも、その一体性を維持し、かつまた
圧入または産出された流体の制御を維持しなければなら
ない。

流体の産出、例えば原油の産出の場合には、ケーシング
と呼ばれる−続きの鋼管が、通常ボアホールに下げられ
る５１次かで、好適な性質を有するセメントスラリーが
、表面上で調製され、そしてケーシングに圧入される。

次いで、このセメントスラリーは、置換され（ｄｌｓｐ
ｌａａｅ　）　、即ち置換流体（ｄｉｓｐｌａｃｉｎｇ
　ｆｌｕｉｄ　）はその後にケーシングのシュー（５ｈ
ｏｅ　）の上コ＝−Ｊ　ｒｎまで圧入される。次いで、
セメントスラリーのほとんどすべては、ケーシングとボ
アホールの壁との間の環状空間に押し入れられる。

所定位置にあるとき、セメントスラリーは、凝結させら
れ、かつ強度を発現させられてケーシングを支持し、各
種の組成の岩石に結合させ、かつそれぞれの帯域を如何
なる流体移行からも隔離させる。

セメントスラリー特性（主として密度、凝結時間または
増粘時間（ｔｈｌｏｋｅｎｌｎｇ　ｔｌｍｓ　）　、レ
オロジー、水損失、遊離水、圧縮強さ、浸透率および化
学劣化抵抗性）をそれぞれの坑井要件に適合するように
させる極めて大多数のスラリー処方物が、既知である。

セメントと環帯域との間の平衡条件を達成することは困
難であるので、塩層（ａａｌｔ　ｆｏｒｒｎａｔｉｏｎ
ａ）に掘シ抜かれた坑井をセメンティングするときには
、良好なスラリー処方物が特に必要である。これらの条
件が達成されないならば、このことは、塩の溶解、アル
カリのセメントへの移行をもたらし、そして遅延された
スラリー（劣等な強度発現）およびセメントと横断され
た層との１１１の劣等な結合を生ずるであろう。

本発明は、以下のこと （ａ）　初期圧縮強度および最終圧縮強度（ｂ）　増粘
時間を調整する可能性 （ｃ）　レオロジー （ｄ）　遊離水特性 （・）　マグネシウム塩との相容性 （ｆ）　それら自体塩を含有しない上下層との相容性、
および （ｇ）　セメントと塩層との間のすぐれた結合に関して
、塩層を通過するボアホールのセメンティングを驚異的
かつ決定的に改善するオリジナルなスラリー処方物を提
案する。

塩層な通してセメンティングを行うλつの主要技術が、
現在既知である。即ち、セメンティングは、非常に多量
の塩（混合水の／ｇ重慧チから飽和まで）を含有するス
ラリー、または極めて少量の塩（θチまたは混合水の重
量に対してちょうどλ〜３ｑ６の塩）を含有するスラリ
ーのいずれかで行われる。

それ故、第一の技術は、高塩分セメントを使用すること
からなる。

塩層は、塩飽和泥水で掘削されるので、使用されたスラ
リーが使用された泥水と相容性であるよ５に塩層を塩飽
和スラリーまたは飽和に近いスラリーでセメンティング
することが論理にかなってｂると思われる。この技術の
主要な利点は、層から来る追加量の塩が溶解され得ない
ことであシ、このことは比較的良好なセメント一層結合
をもたらす。

これに反して、このような高塩分スラリーは、すべて極
めて重大な多数の欠点を示す。

（１）　このようなスラリーはそれ自体遅延するので、
増粘時間を調整することが困難である。

（２）これらのスラリーは常時粘稠であシ、そしてそれ
らのレオロジーを乱流置換に適合させることが困難であ
る。

（３）高塩分スラリーのフルイドロス値（ｆｌｕｉｄｌ
ｏｓｓ　ｖａｌｕｅｓ　）は、極めて高い、。

（４）高塩分セメントスラリーは、横断される塩層の上
または下にある成る層と相容性ではない。

例えば、砂岩の成る層または酸性火成岩に見出されるこ
とのある非晶質シリカは、塩と反応し、そして層並びに
セメントを完全に破壊することのある膨張性アルカリケ
イ酸塩を生成する３、このことは、「アルカリシリカ反
応」として既知である。

（５）若干の場合には非常に困難であることのある高塩
分セメントスラリーのポンプ給送性を達成するためには
、かなシ多量の遅延可塑剤が、通常これらのスラリーに
添加されなければならない。

このようにすると、スラリーは、正常に凝結するよシも
ゲル化する傾向があり、そしてこのことは長期間の増粘
後にだけ生ずる。従つて、長期間の間、スラリーは、液
体ではなく、そして如何なる静水圧も層にほとんど伝え
な込。一方、このスラリーは、まだケーシングを支持し
かつ保−するのに十分な根強くはな−、１ボアホールに
よって横断される塩層は、高度に塑性であシかつ地盤圧
力の影響下でボアホールに容易に流入することがあるの
で、明らかに坑井ケーシングの早過ぎる崩壊の危険があ
る。

この解決法は、論理にかなって−ると思われるが、事実
、利点よシも多す欠点をもたらす。

第二の既知の解決法は、塩を含有しないか非常に少量の
塩だけを含有するセメントスラリーを使用することから
なる。。

この技術は、更に最近のものである。。

この種のセメントスラリーの性質を制御することは、か
なシ容易である。、それらの主要な欠点は、次の通りで
ある。

（１）岩石の研摩によってセメントに入れられる塩の量
を減少するためには、このスラリーは、坑井に非常にゆ
っくりとポンプ給送されなければならない。

（２）　この予防策にも拘らず、高塩濃度は、溶解のた
め局部的に生ずるであろう。混合水の７５ｉ量慢未満の
塩濃度は、セメントの凝結を促進する効果を有するので
、瞬時凝結の危険を回避するために成る量の塩をスラリ
ーに予め混入するか、遅延剤を使用することが必要であ
る。これらのλつの可能性が満足されるとき、最小増粘
時間を決定することができる。塙のピックアップは、ス
ラリーの置換時および凝結時に生ずるので、増粘時間は
、予測できない程長くなるであろう。

塩を含まないセメントスラリーまたは塩の貧弱なセメン
トスラリーは、隣接岩石に見出される塩を溶解する高い
容量を有する。スラリーの増粘時に塩帯域の反対側では
、スラリーの水相は成る量の塩を更に溶解し、このこと
はセメントと岩石との間の小さなギャップを出現させ、
そしてセメントと隣接層との間の非常に劣等な結合をも
たらす、。

このような塩を含まなりスラリーまたは塩の貧弱なスラ
リーは、環帯域内でのセメンティングの成る特性を改善
するが、この技術は満足ではなく、そして若干の特定の
応用だけに限定される。。

これらの２つの既知の技術は、マグネシウム塩が岩石中
に存在するときには使用できないことが更に指摘される
であろう。

本発明は、その物性が組成物への追ｈａｇの塩（横断さ
れた層から溶解または浸食されたもの）の導入によって
著しくは影響を及はされず、セメントと隣接層との間に
オリジナルな非常に堅固な結合を生じるであろうし、更
にマグネシウム塩と相容性である環帯域内でのセメ／デ
ィング用の非環飽和セメントスラリー組成物からなる。

１本発明に係る組成物は、最初少量の塩だけ（混合水に
対して７ｇ重量係までのＮａＣ１）　を含有する。

特に、このことは、組成物と基地層の上または下にある
層との間のアルカリシリカ反応の危険を少なくする。

本発明は、本質上２点に存する、１ （１）飽和ケイ酸ナトリウム溶液がセメントスラリーに
添加され、このようにしてシリカ活性を増大する。。

（２）凝結時間が、リグノスルホネートとホウ砂または
クエン酸のいずれかとの混合物によって制御される。

この溶液を塩水からなる媒体に添加すると、塩基性ｐＨ
条件下で減衰するケイ酸ナトリウムゲルを形成する。従
って、このゲルは、セメントスラリー中で安定ではなく
、スラリー塩分の増大に敏感ではなり良好なレオロジー
を保証する。

本発明に係る系内でのケイ酸ナトリウムの量は、約、３
！；　７　／スラリーｔに固定され得る限界よシも多く
なければなうな−。

それにも拘らず、ＮａＣ１の所属の濃度の場合には、ケ
イ酸す）ＩＪウムの混合水への添加は限定される。即ち
、ケイ酸ナトリウムが塩水に添加される量が多ければ多
いほど、よシ多蓋のケイ酸ナトリウムが形成され、この
ことはセメントとその水相との混合性を低下する。

それ故、ケイ酸ナトリウム濃度は、約／ｊ′Ｏｌ／スラ
リーｔに限定される。この高い濃度は、更に良好な混合
特性をもたらす。

ケイ酸ナトリウムに富んだセメントスラリーは、促進さ
れ、それ故一般に遅延することが困難である。この問題
は、本発明によれば、本発明に係る系の増粘時間を容易
に調整できるリグノスルホネート型遅延剤（約ｉ、ｒｚ
／スラリーｔ）とホウ砂（Ｏ１！〜λ、θチ）またはク
エン酸（Ｏ１／〜０．≠チ〕との組み合わせによって解
決される。この点に関しては以下の表工参照。表工は、
リグノスルホネート型遅延剤（変性または未変性）およ
びホウ砂が単独で使用されるならば好適ではないことを
示す。一方、λ成分の組み合わせは、凝結時間の制御お
よび良好なレオ目ジーの両方を与える。表■は、クエン
酸が凝結時間の良好な制御を与えることも示す。しかし
ながら、低温においては、所要クエン酸濃度は、比較的
臨界的である。即ち、クエン酸のわずかの変化は、増粘
時間のかなシの変化をもたらす。それ故、実際的の理由
で、リグメスルホネート／ホウ砂組み合わせを低温また
は中温で使用し、クエン酸を高温またはマグネシウム塩
の存在下で使用することが、好ましいであろう。

クエン酸が使用されるときには、クエン酸を分散剤（ポ
リナフタレンスルホン酸ナトリウム）および（または）
変性リグノスルホネート等の別の遅延剤と組み合わせて
使用して、所望の目的に反するであろう過度に長い増粘
時間を有さずに良好なレオロジー（、ｚ、、ｔｐａ未溝
の降伏価）を有するようにすることが好ましい。

本発明に係る組成物は、セメントと横断された岩石との
間の界面においてオリジナルな反応をもたらす、。

（１）　ケイ素（ケイ酸ナトリウムの添加）、カルシウ
ム（セメンティング材料から）、およびアルカリ（塩の
初期添加、および隣接地層から来るアルカリ）の添加剤
が、セメントと基地層との間の昇天の付近において十分
であるので、繊維状鉱物、例えばセメントと塩層との間
の優秀な結合をもたらすギスモンダインとペクトライト
（両鉱物とも塩基性ｐ）１条件下で高度に安定である）
が、生成される。この結合は、本発明のオリジナルおよ
び特徴である。塩素のかなりの活性が、基地層とセメン
トとの接点において期待されるので、これらの鉱物は、
成る量の塩化物も含有するであろう。

（２）アルミン酸塩および第一鉄セメント相は、り四リ
ドイオンと反応して式３　Ｃａ　（ＡＩ　＋　Ｆｅ　）
２０４ＣａＣ１２１０Ｈ，Ｏおよび３　Ｃａ　（Ａ　Ｉ
　、Ｆ　１１　）２０４３　ＣａＣ１□　３０）１２０
の化合物も生成するであろう。

これらの反応は、追加量の可動クロリドイオンを消費す
るであろう。

（３）セメントの水和並びに前記反応は、成る量の水を
消費する。本発明に係る系に対応する間隙溶液は、シリ
カに関して高度に濃厚化されるので、水相は、シリカ過
飽和となるであろう。このことは、成る量のＮａＣ１を
含有するシリカゲルを沈殿させる。このようなゲルは、
非常に有効な防水剤およびセメント硬化剤を構成するこ
とが既知である。

従来既知の技術においては、セメントと塩岩石との間の
非常に劣等な結合、およびセメント岩石との間のギャッ
プの形成が、とシわけ得られるが、本発明によれば、鉱
物の沈殿およびセメントと基地層との間の繊維状経過部
（ｔｒａｎａｌｔｉｏｎ　）の形成が得られることが観
察されておシ、これらのことはセメントと岩石との間の
オリジナルな非常に堅固な結合をもたらす３゜ この重大な点は別にして、本発明によって得られる主要
な利点は、次の通９要約され得る。

／、増粘時間 増粘時間は、ポンプ給送または坑井それ自体によって生
ずる大部分の応力に対して７時間未満から７時間以上ま
で容易に適合するようにされ得る（以下の表工参照）。

追加量の塩の基本的スラリー組成物への添加による塩分
の増大（スラリーが塩層に溜ってポンプ給送されてｂる
際、塩のピックアップまたは溶解を刺激するために）は
、増粘時間に対して事実上影智を有して−ないことが観
察される３、多量のマグネシウム塩だけが増粘時間に着
しく影響を及はすが、このことは前記遅延剤組み合わせ
リグノスルホネート／クエン酸の添加によって容易に補
償され得る。。

コ、圧縮強さ 本発明に係る系は、通常の系で得られる強度よシも高い
強度の値を早く生ずる。

本発明に係る圧縮強さは、ｒ時間養生後約３０％高く（
従来技術では１０　ｍＰａ未満であるが、／ＪｍＰａよ
シも高い）、約コ弘時間養生後約〃チ高い（以下の表■
、組成物ｌθおよび／／）。

遅延（増粘時間約３時間）されている本発明に係るスラ
リーさえ依然として通常の塩帝域用セメントスラリーに
よっては得ることができない圧縮強さを２’Ａ時間後に
示す（約３０ｍＰａ）。

３、　レオロジー性 乱流置換および高込ポンプ給送速度（以下の表Ｉ）と合
致する優秀なレオロジーは、本発明で達成される。降伏
価／、ｊＰａ未満および塑性粘度約ＪＪＰａｓが、混合
水に対して３０１１Ｌ量％の塩濃度においてさえ容易に
得られる（表■、組成物１０および／／）。

ＭｇＣｌ２３％のマグネシウム汚染においてさえ（スラ
リーがマリン塩、例えばカーナル石、ビショッフ石、お
よび（または）タキハイドライトを含有する層中にポン
プ給送されるならば遭遇されることのある汚染）、適音
のクエン酸は、増粘時間、圧縮強さに著しい影響を及は
さずに降伏価を約０ＪＰａに維持するであろう（表Ｉ、
組成物／ｑ）。

それ故、本発明に係るスラリー組成物は、グネシウム塩
と絶対的に相容性てあり、一方従来技術においては、マ
グネシウム塩の存在は瞬時凝結を生じた。事実、この技
術によれば、マグネシウムが横断される岩石中に存在す
るならば、ポルトランドセメントでのセメンティングは
、適当には行うことができない、。

ホウ砂は高温でさえ、よシ良好なレオロジー性を保証す
るので、マグネシウム塩の溶解が恐れられないならば、
本発明に係る系はクエン酸の代わりにホウ砂（常時リグ
ノスルホネートとの組み合わせ）によって好ましくは遅
延されるであろう。

乾　遊離水 試験された処方物は／４よりも多い遊離水を生じなか−
たので、本発明に係る系が使用されるならば、遊離水の
現象は如何なる問題も生じない。

！、　フルイドロス 本発明に係るスラリーのフルイドロス性は、成る程度ス
ルホン化重合体によって制御され得る。

この可能性は、制御がどの程度実施されるべきであるの
か、塩層との結合度がどの程度必要であると思われてい
るのかに依存する。

以下の例は１本発明を例示するものであ−て、その範囲
を限定するものではない。

ん　スラリーの調製 スラリーの調製、増粘時間および圧縮強さの測定は、Ａ
ＰＩ標準ＩＯに従って実施された。塑性粘度および降伏
価のデータは１．０Ｏｒｐｍ、３００　ｒｐｍｌ、２０
０　ｒｐｍ　、　１００　ｒｐｍでのＦＡＮＮ粘度計読
みで最終平方回帰（１ａｓｔ　５ｑｕａｒｅ　ｒｅｇｒ
ｅｓｓｉｏｎ　）によって計算された。

スヘてのスラリーは、セメントダイケルホッフ・クラス
Ｇ、レッド・ラベル（Ｄｙｋｅｒｈｏｆｆ　Ｃ１ａｓｓ
Ｇ、Ｒｅｄ　Ｌａｂｅｌ、熱帯産）をベースとしている
。

スラリーは、混合水中の塩化物および液体添加剤および
他の固体添加剤をセメントと混合することによって調製
された。

Ｂ、添加剤 以下の表においては、略称は次の意味を有する。

Ａ：ケイ酸ナトリウム溶液（３０〜３．２°Ｂ４）？＝
変性リグノスルホネート型の遅延剤Ｂ：ナフタレンスル
ホネートトホルムアルデヒドとの縮合物のナトリウム塩
からなる油井セメンティング処方物に通常使用される分
散剤Ｃニホウ砂 Ｄ＝クエン酸 Ｅ：塩化ナトリウム Ｆ：塩化マグネシウム ／）　’Ａ’ｊｌ　５ｐｅｃ　１０　Ｊ操作増粘時間、
スケシー−ルアｇｊＪに準拠の増粘時間 、２）　ＡＰＩ　５ｐｓｃ１０ｒ操作強度試験、スケジ
ュールｊｓｇ７Ｊに準拠の圧縮強さ。エージング時間２
１時間 Ｊ）　２．ｏ”ｒ２での降伏価（Ｐａ）す２０　”Ｃで
の塑性粘度（１ｏ−２Ｐａｓ　）出願人代理人　猪　股
　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 人　セメント、混合水および添加物からなシ、そして最
   初にわずかに加塩され、かつセメント横断される基地層
   とを堅固に結合できる繊維状鉱物上の添加剤を含有する
   ことを特徴とする塩層な通るボアホールをセメンティン
   グするための組成物、。 λ、添加剤としてケイ酸ナトリウムを約３．３１／スラ
   リーｔ〜約／３０１／スラリーｔの量で含有する特許請
   求の範囲第１項に記載の組成物。 Ｊ、最初に存在する塩の量が、混合水のｔｚｇｆｊｆ優
   未満のＮａＣ１である特許請求の範０第１項または第２
   項に記載の組成物口 ≠、　リグノスルホネートとホウ砂またはクエン酸との
   遅延剤組み合わせを特徴とする特許請求の範囲第１項〜
   第３項のいずれかに記載の組成物。 ｊ、　リグノスルホネートが約ｉ、ｓｌ／ｌの量で存在
   し、ホウ砂がスラリーのｏ、５〜．２−ｏ重量％の址で
   存在し、そしてクエン酸がスラリーの約。、／〜ｏ、４
   を重量％の量で存在する特許請求の範囲第１項〜第≠項
   のいずれかに記載の組成物。 乙、　セメンティング組成物用の他の通常の添加剤を特
   徴とする特許請求の範囲第１項〜第ｊ項のいずれかに記
   載の組成物。