專利名稱：封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的方法和配方的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一般石油和天然氣鉆井，特別是關(guān)于封堵地下巖層裂縫、溶洞、空洞和孔隙的方法和配方。
背景技術(shù)：
在鉆井過程中或完井過程中，在一定的壓力下井眼中流體可以通過如裂縫、溶洞、空洞或孔隙的開口漏失到地層里，這些開口由鉆穿天然斷層、裂縫、溶洞、空洞或巖洞或者由非正常井筒壓力導(dǎo)致人工誘發(fā)的裂縫而形成。鉆井流體通常非常昂貴，所以不希望這種流體在“循環(huán)漏失層”中漏失，更由于那些對(duì)工藝熟練的人所熟知的很多原因，鉆井流體的循環(huán)很重要，因此，封堵裂縫、溶洞、空洞和孔隙是鉆井過程繼續(xù)進(jìn)行下去必不可少的。
以前，纖維狀的、片狀的和顆粒狀的堵漏材料都曾被應(yīng)用于鉆井上以形成所需要的封堵。例如，纖維、杏仁殼、石墨粉、花生殼、棉花、燕麥殼和大理石全都被用過在封堵裂縫、溶洞、空洞和孔隙上。然而，這些材料由于井下條件的復(fù)雜性并不能總是形成可靠的封堵。因此，長期以來仍然需求改進(jìn)、阻止或減少循環(huán)漏失或井漏問題的方法和配方。那些在過去已經(jīng)認(rèn)識(shí)到并企圖去解決這些問題而沒有取得成功的對(duì)工藝熟練的人將會(huì)賞識(shí)本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)封堵循環(huán)漏失層的方法，同時(shí)提供封堵地下形成的開口例如裂縫、溶洞、空洞和孔隙的新配方。
本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明提供了一個(gè)可以用來封堵井眼內(nèi)的一個(gè)或更多的地下開口的配方。在一個(gè)方案中，配方可以包含一種過濾物質(zhì)、一種固體物質(zhì)和一種運(yùn)載流體。該過濾物質(zhì)用于形成一個(gè)過濾機(jī)構(gòu)并提供一個(gè)能讓載有固體物質(zhì)的運(yùn)載流體通過該過濾物質(zhì)的多個(gè)流動(dòng)通道，固體物質(zhì)從而可以在過濾機(jī)構(gòu)中富積并阻塞流體流動(dòng)通道，而運(yùn)載流體則把固體物質(zhì)和過濾物質(zhì)輸送到地下巖層中的開口內(nèi)。
在一種具體實(shí)現(xiàn)方案中，過濾物質(zhì)可以由多個(gè)泡沫橡膠單元組成，每個(gè)泡沫橡膠單元可以包含多個(gè)允許流體流動(dòng)通過的孔隙單元，這些孔隙單元構(gòu)成了流體通過過濾物質(zhì)的多個(gè)通道。泡沫橡膠單元可以被彈性壓縮和伸展從而可以適合任何地下開口。至少有5％的孔隙單元互相連通而構(gòu)成流動(dòng)通道，其中，流動(dòng)通道的平均直徑大于0.01毫米。
在一種具體方案中，過濾物質(zhì)是可以變形的。在大的開口中，需要大尺寸的過濾物質(zhì)來構(gòu)建過濾機(jī)構(gòu)，然而過濾物質(zhì)的尺寸會(huì)被流動(dòng)條件所限制，例如管道系統(tǒng)、井下鉆具組合以及鉆頭噴咀等，過濾物質(zhì)必須先通過它們才能被運(yùn)輸?shù)降叵碌拈_口處，過濾物質(zhì)的變形，使得較大尺寸的過濾物質(zhì)可被泵送而通過管道、井下鉆具組合、鉆頭噴咀等，再進(jìn)入上述的地下開口中，這些地下開口甚至可以比過濾物質(zhì)的尺寸小。使用較大并易于變形的過濾物質(zhì)，更易于在空隙中先形成一個(gè)過濾機(jī)構(gòu)或過濾橋，再使固體物質(zhì)在過濾橋上聚集而形成一個(gè)厚實(shí)強(qiáng)壯的封堵。
流動(dòng)通道直徑最好和固體物質(zhì)單元的尺寸相關(guān)聯(lián)，固體物質(zhì)單元的尺寸一般而言應(yīng)當(dāng)比流動(dòng)通道的直徑大。為了支持在開口中的過濾物質(zhì)的積聚，運(yùn)載流體應(yīng)該能很自由地通過過濾物質(zhì)。運(yùn)載流體可以含有精細(xì)的固體顆粒用以提供足夠的粘度和懸浮能力。例如，運(yùn)載流體中的一種可以是井眼內(nèi)的鉆井液。鉆井液一般而言可以含有0.5～5微米的粘土顆粒。如果用這個(gè)鉆井液作為運(yùn)載流體，首選的過濾物質(zhì)應(yīng)該具有直徑大于10微米的流動(dòng)通道以確保鉆井液可以在流動(dòng)通道里流過。
流動(dòng)通道的直徑可以比運(yùn)載流體中的必要粒子的尺寸大的多。例如，當(dāng)以帶有0.5～5微米粘土顆粒的鉆井液作為運(yùn)載流體，流動(dòng)通道的直徑可以是50～250微米以確保運(yùn)載流體自由流動(dòng)通過過濾物質(zhì)。既然這樣，用于阻擋通路形成密封的固體物質(zhì)至少有一些顆粒尺寸比50～250微米大。首選的固體物質(zhì)有一個(gè)廣泛的顆粒尺寸范圍，以封堵流動(dòng)通道和過濾單元和/或固體物質(zhì)單元之間的空隙。例如，對(duì)于阻塞50～250微米的流動(dòng)通道，固體物質(zhì)單元可以有0.1～500微米的尺寸分布。
固體物質(zhì)或可含有可凝固流體，至少一種運(yùn)載流體也或可含有可凝固流體。在一個(gè)可實(shí)施的方案中，過濾物質(zhì)可以含有至少下列材料之一海綿、泡沫橡膠、人造海綿、纖維墊、開孔聚合物泡沫和開孔型泡沫橡膠。
本發(fā)明還提供了用來封堵井眼內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)地下開口的辦法，本方法可包含一個(gè)或更多的步驟。僅作為一個(gè)例子而言，通過泵入一種載有多個(gè)過濾單元的運(yùn)載流體到一個(gè)或多個(gè)地下開口中形成一個(gè)初始的過濾橋，此過濾橋構(gòu)成了多個(gè)流體流動(dòng)通道，并允許至少一些運(yùn)載流體流動(dòng)通過，但也限制流體通過一個(gè)或多個(gè)欲被封堵的地下開口。其它步驟可以含有放置固體物質(zhì)于一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)，以與多個(gè)過濾單元內(nèi)的多個(gè)的流動(dòng)通道相遇并封堵一個(gè)或多個(gè)地下開口。
放置固體物質(zhì)到地下開口內(nèi)的步驟中，泵入多個(gè)尺寸大于過濾物質(zhì)流動(dòng)通道的固體物質(zhì)單元以阻擋流體繼續(xù)流過過濾單元。另外，此步驟中，也可泵送一種可凝固流體進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)流動(dòng)通道中使之凝固，從而阻擋流體在其中流動(dòng)。
本方法可進(jìn)一步包含提供含有一種泡沫材料的不連續(xù)的過濾單元，此泡沫材料可含有多個(gè)內(nèi)部孔隙單元并且相互連通。例如，至少這些多個(gè)內(nèi)部孔隙單元中的一些是彼此相互連通的，并且至少這些多個(gè)內(nèi)部孔隙單元中的一些是與單個(gè)過濾單元的外表面相連的。在一種具體實(shí)施方案中，泡沫材料是可壓縮的，以適合任何地下開口的形狀。
在另一種方案中，多個(gè)過濾單元是堅(jiān)硬的，多個(gè)過濾單元比一個(gè)或多個(gè)地下開口小以適合地下開口的形狀。
本方法可首先泵入多個(gè)過濾單元進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)，然后隨后放置固體物質(zhì)于一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)。另外，本方法還可以同時(shí)泵入多個(gè)過濾單元和固體物質(zhì)單元進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)。
在另外的其它的實(shí)施方案中，配方可以含有具有一個(gè)或多個(gè)允許運(yùn)載流體通過的流動(dòng)通道的泡沫過濾物質(zhì)和至少一種運(yùn)載流體以運(yùn)輸泡沫過濾物質(zhì)進(jìn)入井眼中的一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)。本配方還可進(jìn)一步含有固體物質(zhì)，使用時(shí)，固體物質(zhì)可以含有一定大小的固體顆粒以封堵一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)路徑。運(yùn)載流體或可是可凝固流體。
在一個(gè)可實(shí)施的方案中，本發(fā)明可以包含一種可被用來封堵井眼內(nèi)的裂縫、空洞、溶洞或孔隙的配方。本配方可以包含例如可以是多孔的、堅(jiān)硬的或彈性的過濾物質(zhì)和被用來在例如一個(gè)或多個(gè)裂縫、空洞、溶洞或孔隙等開口內(nèi)置放過濾物質(zhì)和固體物質(zhì)來實(shí)現(xiàn)有效封堵的運(yùn)載流體。在一個(gè)可以首選的方案中，過濾物質(zhì)可以包含多個(gè)含有孔隙單元的小彈性單元，并且這些小彈性單元至少有一些孔隙單元是相互連通的。
在另一個(gè)可實(shí)施的方案中，本發(fā)明可以含有其它用來封堵例如裂縫、空洞、溶洞或孔隙的開口的其它新配方，例如，包含過濾物質(zhì)、可凝固流體和運(yùn)載流體。
在本發(fā)明的再一種可實(shí)施方案中，本發(fā)明可提供利用運(yùn)載流體在固體物質(zhì)之前泵入過濾物質(zhì)的方法。過濾物質(zhì)可以和固體物質(zhì)、運(yùn)載流體混合在一起；運(yùn)載流體可以是尚未凝固的可凝固流體。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)可在地下開口中形成有效而可靠的封堵，適應(yīng)于在復(fù)雜的井下環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，可減少循環(huán)漏失。


附圖1為一個(gè)井眼側(cè)視截面示意圖，它顯示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，地下井眼的裂縫的封堵是利用載有過濾物質(zhì)的運(yùn)載流體在流動(dòng)通道中架橋來產(chǎn)生過濾機(jī)構(gòu)，隨后在橋后置入固體物質(zhì)來密封流動(dòng)通道而形成的；附圖2是一個(gè)用本發(fā)明的配方形成封堵結(jié)構(gòu)的放大圖；附圖3是一個(gè)過濾物質(zhì)的單個(gè)過濾單元的放大示意圖；其中10、密封組分；12、井眼；14、鉆柱；16、裂縫；2、密封結(jié)構(gòu)；20、運(yùn)載流體；22、；固體物質(zhì)；24、過濾物質(zhì)；26、地下開口；28、井眼密封裝置；30、運(yùn)載流體；32、過濾單元；34、孔隙單元；36、流動(dòng)通道；38、空隙；40、過濾單元表面；42、固體物質(zhì)單元。
具體實(shí)施例方式
圖1體現(xiàn)了本發(fā)明的密封組分10的一個(gè)可行實(shí)施例，井眼12中的地下開口26如裂縫16、空洞、溶洞或孔隙上方的鉆柱14周圍可能被封住。在應(yīng)用中，井眼密封裝置28包括可鉆掉的封隔器、由封隔器和/或水泥塞封住的分段密封裝置，或利用其它適當(dāng)?shù)拿芊夥椒ā?br> 如以下所描述的，運(yùn)載流體可以被用來運(yùn)輸過濾物質(zhì)24到開口26中，箭頭20指示的即為攜帶過濾物質(zhì)24的運(yùn)載流體，過濾物質(zhì)24被帶到開口26中后，這就形成了一個(gè)部分地封住開口26的過濾機(jī)構(gòu)或一個(gè)橋，但它仍然允許箭頭30指示的運(yùn)載流體30通過過濾物質(zhì)24本身。與過濾物質(zhì)24同時(shí)或在過濾物質(zhì)之后由運(yùn)載流體載入的固體物質(zhì)22將在過濾物質(zhì)24后面積聚，并且因此在開口26中的橋后面形成封堵流動(dòng)通道的密封結(jié)構(gòu)2或密封組分10。固體物質(zhì)22可以是小的固體單元和/或顆粒，而每一個(gè)小固體單元本身都應(yīng)是不允許運(yùn)載流體通過的，比如實(shí)心的。固體物質(zhì)的小單元也可以是多孔的，因?yàn)槎嗫椎墓腆w物質(zhì)的小單元在孔隙被壓縮閉合后或空隙單元之間不連通或被固體顆粒堵塞而失去連通性。這樣的多孔固體也可以起到阻擋流動(dòng)的功能。固體物質(zhì)可以是堅(jiān)硬的并具有可改變狀態(tài)來產(chǎn)生阻擋流動(dòng)的功能，以形成封堵。
如果認(rèn)為必要，在固體物質(zhì)22之后可凝固流體例如水泥或樹脂可被泵入?？赡塘黧w甚至在一種實(shí)施例中可代替固體物質(zhì)在過濾物質(zhì)之后或者與過濾物質(zhì)一起泵入。因此，箭頭22指示的可為固體物質(zhì)22也可指凝固后的可凝固流體。此組成可以在合適的壓力下被泵入井眼，其數(shù)量取決于實(shí)現(xiàn)密封的需求。
在一個(gè)實(shí)施例中，一種配方可以用來密封裂縫、空洞、溶洞或孔隙，該配方含有(1)、過濾物質(zhì)24，例如多孔材料；(2)、固體物質(zhì)22；(3)、運(yùn)載流體30。在另一個(gè)實(shí)施例中，一種可以用來密封裂縫、空洞、溶洞或孔隙配方，含有(1)、過濾物質(zhì)24；(2)、運(yùn)載流體30和/或(3)、可凝固流體。
另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種方法，包括步驟泵入過濾物質(zhì)24在地下開口26處以形成一個(gè)橋，然后或隨后或同時(shí)泵入固體物質(zhì)22到開口26處。過濾物質(zhì)24可同運(yùn)載流體30一起泵入到開口內(nèi)。過濾物質(zhì)24可以是易于變形的并可以是具有足夠回彈性，以適合開口26，并且一旦進(jìn)入開口26內(nèi)在泵關(guān)閉以后可以充分地回彈放大。
在另外一種實(shí)施例中，一種可以被用來封堵裂縫、空洞、溶洞或孔隙的配方，含有(1)、多孔過濾物質(zhì)24；(2)、運(yùn)載流體30；(3)、可凝固流體。
另外一種實(shí)施例中提供一種方法，含有步驟泵入多孔過濾物質(zhì)以在地下開口內(nèi)形成橋，然后或隨后或同時(shí)泵入固體物質(zhì)22。多孔過濾物質(zhì)24通過和運(yùn)載流體30一起泵送可被運(yùn)輸進(jìn)入開口26內(nèi)。多孔過濾物質(zhì)24可以是易于變形的以適合開口26，并且具有回彈性，從而一旦進(jìn)入開口26處在停泵以后可以充分地回彈放大。
過濾物質(zhì)24，例如多孔材料，當(dāng)與如水或類似物的其它流體一起接合時(shí)，可以是可膨脹的。例如，過濾物質(zhì)24可以和不會(huì)產(chǎn)生膨脹的運(yùn)載流體30一起被泵入，然后接觸另一種流體，以實(shí)現(xiàn)過濾物質(zhì)24的膨脹和/或?qū)崿F(xiàn)另一種流體與膨脹的過濾物質(zhì)24在適當(dāng)?shù)奈恢媒Y(jié)合。在另一個(gè)實(shí)施例中，過濾物質(zhì)24可以慢慢地膨脹，這樣它在被泵送到位之前不會(huì)膨脹太多，也可以直至停泵和釋放泵壓以后才開始膨脹。
典型地，如在圖2中被放大展示的，一定量的含有可形成過濾物質(zhì)24的過濾單元32可被泵入井眼內(nèi)。在一個(gè)可以首選的實(shí)施例中，它實(shí)際上僅僅需要使用各種形狀的小碎片，包含任意形狀。然而，與本發(fā)明相一致，由單一或相對(duì)少數(shù)的大尺寸過濾單元32形成的過濾物質(zhì)24可被泵入到更大的空隙中，這是可以理解的。當(dāng)使用大量的小過濾單元32和/或具有高回彈性的過濾單元32時(shí)，與使用較少量的大過濾單元32相比，過濾單元32的具體形狀可能不太重要。
然而，小而堅(jiān)硬的過濾單元32的形狀也可被利用以影響過濾物質(zhì)24整體的多孔性和滲透性。例如，堅(jiān)硬圓形的或球形的過濾單元32趨向于最大化過濾單元32之間的間隙。例如，一些能相互契合的形狀，如立方體形狀或具有平坦表面的形狀趨向于最小化過濾單元32之間的空間。過濾單元32的形狀一般地可以是不規(guī)則的、立方的、小片狀的、球形的、橢圓形的或顆粒狀的。
過濾單元32可含有堅(jiān)硬的材料，它的典型代表性尺寸可在0.3毫米到50厘米之間，盡管過濾單元32并不局限于這個(gè)范圍。過濾單元32可以是彈性的和可變形的，也可以是堅(jiān)硬的。如在圖3中說明的，過濾單元32可在一個(gè)實(shí)施例中更適宜含有相互連通的并且開孔至外表面的孔或孔隙單元34。這樣，運(yùn)載流體30就能流過過濾物質(zhì)24，特別是當(dāng)過濾物質(zhì)24受溶洞、空洞、裂縫的壁的阻擋而不再向前移動(dòng)時(shí)。過濾物質(zhì)24產(chǎn)生的過濾機(jī)構(gòu)最好僅僅使運(yùn)載流體30容易通過，而不使可積聚在過濾物質(zhì)24后面密封空隙的固體物質(zhì)通過，在過濾單元32中平均的孔隙或孔隙單元34的尺寸范圍從10微米到5厘米。
如上述討論的，在過濾物質(zhì)24中的過濾單元32之間形成的任何空間38影響過濾物質(zhì)24的整體滲透性。因此，圓形多孔過濾單元產(chǎn)生的空隙38的尺寸比較重要，會(huì)影響過濾物質(zhì)24的整體孔隙度，但是，如果過濾單元易于變形，整個(gè)過濾單元的形狀就不重要了。
過濾物質(zhì)24可以含有泡沫橡膠，纏結(jié)纖維團(tuán)和海綿。在一個(gè)具體實(shí)施例中，過濾物質(zhì)24更適宜是開口泡沫橡膠或海綿，其它材料也可包括纏結(jié)纖維團(tuán)或纖維墊碎片。
泡沫材料可以指各種各樣輕的、多孔的、半堅(jiān)硬的或類似海綿的物質(zhì)中的任何一種，如過濾材料、熱絕緣材料和包裝物中的減震材料。泡沫材料有氣泡，可以含有橡膠、塑料或其它充滿小空氣或氣泡(孔隙或孔隙單元)的物質(zhì)以使其柔軟或質(zhì)輕，因此，泡沫材料也包括輕質(zhì)孔隙材料，它是由在生產(chǎn)過程中引入氣泡而形成的。泡沫橡膠特別指被充氣而形成海綿狀的橡膠，一般用于床墊、襯料或絕緣材料中。泡沫橡膠有時(shí)可以被叫做泡沫、泡沫海綿橡膠或海綿橡膠(它可以趨向于有較大的孔隙或孔隙單元)。另外，泡沫材料還可以由不同于橡膠的聚合物形成。泡沫材料可以是可被壓縮的或不可被壓縮的。
因此，本發(fā)明中可含有作為過濾物質(zhì)24的泡沫材料、作為固體物質(zhì)22的固體顆粒，以及至少一種或更多種的運(yùn)載流體30。
固體物質(zhì)22可以是閉孔的泡沫材料，也可以是開孔的泡沫材料，但是其中至少部分孔隙單元被壓縮閉合或因充填了固體物質(zhì)而失去連通性。如在這里討論的，作為過濾物質(zhì)24和/或固體物質(zhì)22的運(yùn)載流體，流體可以是可凝固的。
本發(fā)明的多種實(shí)施例中，有一些使用泡沫材料作為過濾物質(zhì)24，那些實(shí)施例可以包括1)泡沫材料+固體物質(zhì)+運(yùn)載流體；2)泡沫材料+固體物質(zhì)+可凝固流體；3)泡沫材料+固體物質(zhì)+運(yùn)載流體+可凝固流體；4)泡沫材料+運(yùn)載流體+可凝固流體；5)泡沫材料+運(yùn)載流體；或6)泡沫材料+可凝固流體。
泡沫材料和固體物質(zhì)22可以被一起混合然后由運(yùn)載流體30運(yùn)輸，或可以在泡沫材料被運(yùn)送到位或注入之后，再將固體物質(zhì)22運(yùn)送到位或注入。相應(yīng)地，泡沫材料可以和可凝固流體混合，或者先由運(yùn)載流體30攜帶運(yùn)送，隨后注入可凝固流體。
運(yùn)載流體中過濾物質(zhì)24的濃度可以在每桶運(yùn)載流體含0.001到1000磅過濾物質(zhì)24的范圍內(nèi)。例如，過濾物質(zhì)24可包括但不局限于海綿、泡沫橡膠、纖維海綿、纏結(jié)纖維團(tuán)、纖維墊碎片、開孔聚合物泡沫和/或開孔型泡沫橡膠。
過濾物質(zhì)24中的多數(shù)孔隙或孔隙單元，在一個(gè)最佳實(shí)施例中，可被裸眼所分辨，孔隙的平均孔徑范圍可從0.01毫米到5厘米，孔徑的平均范圍最好是從0.1毫米到5毫米。在單個(gè)過濾單元32中更適宜含有多于一個(gè)的小孔并且這些小孔最好是均勻地分布，并不需要所有的這些小孔相互連通，也不需要所有的這些小孔尺寸相同或相近。
然而，在一個(gè)最佳實(shí)施例中，至少5％的孔隙或孔隙單元相互連通而構(gòu)成流動(dòng)通道36，流動(dòng)通道36最好有大于0.01毫米的直徑。在另一個(gè)實(shí)施例中，少于50％的孔隙34是相互連通的。而在又一個(gè)實(shí)施例中，5％到75％之間的孔隙或孔隙單元34是相互連通的。
在本發(fā)明的一個(gè)首選實(shí)施例中，過濾單元32是彈性的或有回彈能力的，過濾單元32可以代表性地有小于100,000磅/平方英寸的楊氏模量(彈性模量)。
在本發(fā)明的一個(gè)首選的實(shí)施例中，過濾單元32是易于變形的。
在本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例中，過濾單元32是堅(jiān)硬的。
泡沫材料或泡沫物質(zhì)的工程說明書網(wǎng)站可以用來決定過濾單元24的規(guī)格，例如網(wǎng)站http://foam-materials.globalspec.com/Specifications/Materials Chemicals Adhesives/Composites Textiles Reinforcements/Foams Foam Materials。與本發(fā)明一致，被用作過濾物質(zhì)24的泡沫橡膠的一個(gè)定義是，一種含有大量氣泡的輕質(zhì)橡膠，這種橡膠形成一種堅(jiān)挺的，像海綿狀的用于座位、床墊等的泡沫材料，見例子，www.peakagents.ca/glossary/f11.htm。過濾單元32可以含有海綿橡膠，它是由在硫化之前引入氣泡制成，用于做褥墊和沙發(fā)。泡沫橡膠的定義于例如，見wordnet.princeton.edu/perl/webwn。
對(duì)于作為過濾單元32，海綿橡膠含有相互連通的孔隙單元或流動(dòng)通道36并通到每一個(gè)過濾單元表面40。
在一個(gè)首選的實(shí)施例中，過濾單元32有回彈性或有當(dāng)能引起變形的負(fù)荷移走后能夠恢復(fù)原始形狀的能力。
固體物質(zhì)22中的單個(gè)單元42可以是顆粒的、小片的、纖維狀的物質(zhì)或它們的混合體。一旦被置入開口26中，固體物質(zhì)22對(duì)于運(yùn)載流體30或如鉆井液或完井液的井眼流體是不具有滲透性的，所以當(dāng)積累足夠的時(shí)候它可以形成一個(gè)密封結(jié)構(gòu)。
在過濾物質(zhì)24中，至少一些固體物質(zhì)22中的單個(gè)單元42，有比孔隙和/或由孔隙單元相互連通構(gòu)成的流動(dòng)通道36更大的尺寸，所以過濾物質(zhì)24阻擋了固體物質(zhì)22的通過。
固體物質(zhì)22也可含有一些比相互連通或流動(dòng)通道36更小尺寸的單元。這些小的單元可以阻塞由大的單元形成的小孔隙。為了在橋后形成更好的密封或密封組成10，固體物質(zhì)22的單元需有一個(gè)廣泛的尺寸分布。固體物質(zhì)22可含有過濾物質(zhì)24本身，因?yàn)檫^濾物質(zhì)24的這些孔可在井下的負(fù)荷下關(guān)閉。固體物質(zhì)22也可含有鉆井固體，顆粒，加重材料，例如重晶石，鉆屑，加入的堵漏材料和任何其它不能通過過濾物質(zhì)24或形成的橋堵的固體。運(yùn)載流體中固體物質(zhì)22的濃度范圍可以是0.0001到1500磅/桶運(yùn)載流體。固體物質(zhì)22的總量一定要足夠以形成密封。
作為固體物質(zhì)22的例子，它可以包含但是不局限于碳酸鈣顆粒、加重材料例如重晶石、鉆井固體例如鉆屑、玻璃珠、粉碎玻璃珠、沙子、硅藻土、珍珠巖粉、云母、玻璃紙薄片、水泥、斑脫土、高嶺石、粉碎胡桃殼、粉碎棉籽殼、纖維、紙碎片、粉碎椰子殼、石油焦炭、粉碎玉米棒子外部、碎稻米、粒狀橡膠、吸油或水的固體、可膨脹性固體、土、粉碎花生殼、石墨微粒和彈性石墨顆粒。
在另一個(gè)實(shí)施例中，固體物質(zhì)22可以含有在凝固后變成固體的可凝固流體，但是，可凝固流體在凝固前可以作為流體流入井眼12中。在另一個(gè)體現(xiàn)中，一種可凝固流體，象如下討論的，可以作為固體物質(zhì)24的運(yùn)載流體30使用。在另一個(gè)實(shí)施例中，可凝固流體可以和過濾物質(zhì)24以及固體物質(zhì)22一起被使用，并作為過濾物質(zhì)24和/或固體物質(zhì)22的運(yùn)載流體30使用。
運(yùn)載流體30可以是鉆井液、完井液、水、水泥漿、隔離液或油。對(duì)于過濾物質(zhì)24和固體物質(zhì)22來說，運(yùn)載流體30可以是不同的。運(yùn)載流體30的量可以從0.01桶到1億桶，或根據(jù)需要提供。對(duì)于運(yùn)載流體30來說，非局限性例子包括但不局限于鉆井液、完井液、水、鹽水、油、柴油、合成油、任何其它有機(jī)液體、水基鉆井液和/或合成基鉆井液、油基鉆井液、隔離液、水泥漿。
盡管本發(fā)明可以通過不同的方式來實(shí)現(xiàn)，可能的有關(guān)操作的一個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)如下對(duì)于運(yùn)載流體30，在相同條件下，過濾物質(zhì)24比固體物質(zhì)22有更小的流動(dòng)阻力。因此，即使在過濾物質(zhì)24積聚以后，運(yùn)載流體30的粘度，過濾物質(zhì)24的平均孔徑和互相連通的流動(dòng)通道尺寸以及過濾單元32表面的開口26和空隙38應(yīng)該允許運(yùn)載流體30通過。過濾物質(zhì)24是同運(yùn)載流體30一起流動(dòng)，它有更高的趨向在開口26內(nèi)積聚以形成過濾橋。過濾物質(zhì)24可以積聚同裂縫、溶洞、空洞或孔隙的開口26一樣大的尺寸，或輕微膨脹而超過這個(gè)尺寸。易于變形的或彈性的過濾單元32可以確保過濾單元32可以被運(yùn)輸進(jìn)入比過濾單元32的尺寸小的開 26的至少一部分。過濾單元32可以進(jìn)一步在裂縫、溶洞、空洞或孔隙內(nèi)膨脹以達(dá)到更好的結(jié)合來形成過濾橋。過濾單元32可以進(jìn)一步是壓縮的過濾物質(zhì)以允許在裂縫、溶洞、空洞或孔隙內(nèi)膨脹，以達(dá)到在裂縫、溶洞、空洞或孔隙內(nèi)更好地和內(nèi)壁結(jié)合而形成過濾橋。過濾單元32可以是被進(jìn)一步壓縮了的過濾物質(zhì)從而在裂縫、溶洞、空洞或孔隙內(nèi)膨脹后能更好地和內(nèi)壁結(jié)合而形成過濾橋。過濾物質(zhì)32一旦被運(yùn)載流體30運(yùn)輸進(jìn)入裂縫、溶洞、空洞或孔隙內(nèi)就集結(jié)并越集越多，當(dāng)更多過濾單元32到達(dá)就形成橋堵。形成的橋堵產(chǎn)生了一個(gè)過濾機(jī)制，它將至少讓運(yùn)載流體30中的一部分流過過濾物質(zhì)24，但將有效地不允許固體物質(zhì)22流過過濾物質(zhì)24。一些固體物質(zhì)22可以初始流過過濾單元32中的孔隙單元34和空隙38，然而，因?yàn)檫\(yùn)載流體30的流動(dòng)，固體物質(zhì)22將流向、積聚并阻擋孔隙單元34和空隙38，因此阻擋井眼流體向裂縫、溶洞、空洞和孔隙中的流動(dòng)，井漏或循環(huán)漏失從而得以控制。在過濾物質(zhì)24泵入時(shí)，在地面上泵壓可以因?yàn)闃蚨露黾?。?dāng)足夠的固體物質(zhì)22在橋后積聚，密封組分10，或至少初始的密封組分10就形成了。過濾物質(zhì)24約束流體流動(dòng)，而固體物質(zhì)22把流動(dòng)封鎖起來形成密封結(jié)構(gòu)2。
首選的操作順序可以在固體物質(zhì)22之前泵入過濾物質(zhì)24，然而，如果條件允許，過濾物質(zhì)24和固體物質(zhì)22也可以在泵入前或在泵入時(shí)混合在一起。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是另一個(gè)新配方，它可以被用于密封地下的裂縫、溶洞、空洞或孔隙。該配方可以含有過濾物質(zhì)24、運(yùn)載流體30和可凝固流體。在這個(gè)實(shí)施例中，過濾物質(zhì)24和運(yùn)載流體30可以同先前討論的一樣?？赡塘黧w初始是流體或漿液，但是在經(jīng)過一段時(shí)間后開始形成固體物質(zhì)22?？赡塘黧w可以含有硅酸鹽水泥和可交聯(lián)聚合物。在可凝固流體中，固體物質(zhì)22可以被添加以確?？赡塘黧w被保持在所形成的橋的后面。在實(shí)踐中，對(duì)于運(yùn)載流體30在同樣的條件下多孔材料比固體物質(zhì)22有較小的流動(dòng)阻力，因此，當(dāng)流體在那里流動(dòng)時(shí)，多孔材料有更高積聚趨向。過濾物質(zhì)24積聚并接近或超過裂縫、溶洞、空洞或孔隙開口26的尺寸。易于變形的或具有彈性的過濾物質(zhì)24可以確保過濾物質(zhì)24能被運(yùn)輸進(jìn)入比過濾物質(zhì)24尺寸小的開口26或開口26的一部分。同樣地，通過運(yùn)載流體30運(yùn)輸進(jìn)入裂縫、溶洞、空洞或孔隙的過濾物質(zhì)24趨向于在其中成橋以產(chǎn)生密封結(jié)構(gòu)2。最初形成的橋產(chǎn)生了一個(gè)障礙，它將讓運(yùn)載流體30較不費(fèi)力地通過，但對(duì)可凝固流體則是不必要地。因此，可以根據(jù)可凝固流體的粘度來選擇過濾物質(zhì)24的平均孔徑，以使大部分可凝固流體都能進(jìn)入過濾物質(zhì)24內(nèi)。這樣，過濾物質(zhì)24可以保持可凝固流體在恰當(dāng)?shù)奈恢弥钡侥獭Ｒ坏┛赡塘黧w凝固并形成固體物質(zhì)22，遺留在井眼中的已凝固的流體可以從井眼中被鉆掉，而遺留在井下開口中的過濾物質(zhì)24和已凝固的可凝固流體成分一起封住了裂縫、溶洞、空洞、孔隙或類似物。
在另一個(gè)實(shí)施例中，過濾物質(zhì)24和可凝固流體和/或固體物質(zhì)22可完全地或者部分地、在地面上或者在井下混合。在泵入可凝固流體以后，過濾物質(zhì)24在空隙內(nèi)膨脹，而可凝固流體然后凝固而形成添滿空隙或開口26一個(gè)組成。
在另一個(gè)實(shí)施例中，該方法含有在鉆遇井漏地層之前，就先在鉆井液或完井液中加入過濾物質(zhì)24和固定物質(zhì)22，從而當(dāng)裂縫、溶洞、空洞和孔隙等被鉆遇后，密封可立即形成，這樣就可預(yù)防發(fā)生很多問題。例如，井噴或損失的昂貴的鉆井液。既然這樣，泡沫材料或泡沫材料加上固體物質(zhì)22可以被用在鉆井液和完井液，而此鉆井液和完井液將作為運(yùn)載流體30。
纖維，杏仁殼，石墨，花生殼，棉花籽，燕麥殼，和粉碎的大理石全都曾被用于密封裂縫，空洞和孔隙。然而如上述討論的，本發(fā)明中的成分過濾物質(zhì)24有更好的形成密封或密封組成10的能力，尤其當(dāng)它和固體物質(zhì)22和/或可凝固材料一起使用時(shí)。因此，本發(fā)明包含密封地下巖層的裂縫，空洞和孔隙的方法和配方。
因此，本發(fā)明前述的揭示和描述是說明性的和解釋性的，并且它將被那些對(duì)此技術(shù)熟練的人所賞識(shí)。步驟，范圍，物料，和/或物料相關(guān)屬性和參數(shù)的各種各樣的變化，以及詳細(xì)說明或方法和設(shè)備的特征組合都可以在不脫離本發(fā)明的精神的條件下給出。
權(quán)利要求
1.一種封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的配方，其特征在于它含有一種過濾物質(zhì)，在此過濾物質(zhì)中有多個(gè)穿透該過濾物質(zhì)的流體流動(dòng)通道；一種固體物質(zhì)，用于阻塞所述的流體流動(dòng)通道；至少一種運(yùn)載流體，用于攜帶運(yùn)送所述過濾物質(zhì)和固體物質(zhì)的至少其中之一進(jìn)入地下如裂縫、溶洞、空洞和孔隙的開口內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的配方，其特征在于所述的過濾物質(zhì)中含有多個(gè)泡沫橡膠單元，所述的泡沫橡膠單元中含有多個(gè)孔隙單元，這些孔隙單元允許流體在其中通過，并且這些孔隙單元構(gòu)成所述過濾物質(zhì)中的多個(gè)流體流動(dòng)通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的配方，其特征在于所述的多個(gè)泡沫橡膠單元是彈性的而可被壓縮并還原增大，從而適合所述的多種裂縫、溶洞、空洞和孔隙的尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的配方，其特征在于所述的多個(gè)流體流動(dòng)通道由至少5％的孔隙單元相連通而形成，所述流體流動(dòng)通道的平均直徑大于0.01毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的配方，其特征在于所述的多個(gè)泡沫橡膠單元是可變形的，從而可通過管道、井下鉆具組合以及噴咀，進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)，有些地下開口的尺寸泡沫橡膠單元小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的配方，其特征在于所述的固體物質(zhì)中含有一種可凝固流體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的配方，其特征在于所述的固體物質(zhì)中含有所述的過濾物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的配方，其特征在于所述的過濾物質(zhì)至少含有海綿、泡沫橡膠、人造海綿、纖維墊、纏結(jié)纖維團(tuán)、開孔聚合物泡沫以及開孔型泡沫橡膠中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的配方，其特征在于所述的運(yùn)載流體中包含可凝固流體。
10.一種封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的方法，其特征在于包含以下步驟向所述的一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)泵入攜帶多個(gè)過濾單元的運(yùn)載流體，在所述的一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)形成一個(gè)初始過濾橋，所述的初始過濾橋構(gòu)成允許至少一些流體通過的多個(gè)流動(dòng)通道；將固體物質(zhì)放置于所述的一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)，以堵塞位于所述多個(gè)過濾單元中的多個(gè)流動(dòng)通道，并密封所述的一個(gè)或多個(gè)地下開口。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的方法，其特征在于在放置固體物質(zhì)于所述的一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)的步驟中，泵入多個(gè)尺寸比流動(dòng)通道大的固體單元，來阻擋流體通過所述的多個(gè)過濾單元。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的方法，其特征在于在放置固體物質(zhì)于所述的一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)的步驟中，泵入可凝固的流體使之進(jìn)入并凝固在所述的多個(gè)流動(dòng)通道中，從而阻擋流體通過上述的多個(gè)流動(dòng)通道。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的方法，其特征在于它還包括提供所述的多個(gè)過濾單元的步驟，其中過濾單元中含有泡沫材料，所述的泡沫材料還含有多個(gè)內(nèi)部孔隙單元，所述的多個(gè)內(nèi)部孔隙單元中的至少一些是彼此相互連通的，并且至少一些內(nèi)部孔隙單元也與各過濾單元的外表面相互連通。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的方法，其特征在于它還包括壓縮上述的泡沫材料以適合上述的一個(gè)或多個(gè)地下開口的形狀的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的方法，其特征在于所述的多個(gè)過濾單元為剛硬材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的方法，其特征在于首先運(yùn)送所述的多個(gè)過濾單元到所述的一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)，然后再放置固體物質(zhì)到所述的一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的方法，其特征在于同時(shí)地運(yùn)送所述的多個(gè)過濾單元和固體物質(zhì)進(jìn)入所述的一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)。
18.一種封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的配方，其特征在于它含有一種泡沫過濾物質(zhì)，帶有一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)通道，以允許流體流過所述的泡沫過濾物質(zhì)；至少一種運(yùn)載流體，用于攜帶運(yùn)送所述的泡沫過濾物質(zhì)進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)地下開口內(nèi)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的配方，其特征在于它還含有一種固體物質(zhì)，該固體物質(zhì)中含有尺寸被設(shè)定來密封所述的一個(gè)或多個(gè)流體流動(dòng)通道的固體顆粒。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的封堵地下巖層的裂縫、溶洞、空洞和孔隙的配方，其特征在于至少有一種運(yùn)載流體是可凝固流體。
全文摘要
在帶有一個(gè)或多個(gè)需密封的例如裂縫、溶洞、空洞和孔隙的開口的井眼區(qū)段，鉆柱周圍環(huán)形空間或可不用如封隔器或水泥塞的方式密封。運(yùn)載流體可以用來運(yùn)送過濾物質(zhì)進(jìn)入開口內(nèi)以產(chǎn)生一個(gè)橋，它至少部分地封住此開口，但仍然提供允許流體通過的流動(dòng)通道。一種固體材料和/或可凝固流體，先后或同時(shí)地被置于與過濾物質(zhì)一起或者在過濾物質(zhì)后面，可以利用此流體流動(dòng)從而在一個(gè)或多個(gè)開口的流動(dòng)通道中有效地集結(jié)而形成密封結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C09K8/42GK101092557SQ20071002410
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2007年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月16日
發(fā)明者王玲 申請(qǐng)人:王玲