[發明專利]用于防止井筒流體漏失的聚異氰脲酸酯基水泥

有效

• 申請號: 201680077276.7
• 申請日: 2016-10-25
• 公開（公告）號: CN108431171B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: D.P.茲林斯基;M.K.杰夫里斯
• 申請（專利權）人: 科思創有限公司
• 主分類號: C09K8/44
• 分類號: C09K8/44;E21B33/13
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 馬蔚鈞;萬雪松

本發明提供了一種油氣井固井聚合物水泥，其包含脂族異氰酸酯、三聚催化劑和催化劑阻滯劑的反應產物，其中該反應在至少250℉（121℃）的溫度下在井筒中發生。還提供了一種減少流體從油氣井中漏失的方法，其包括通過在至少250℉（121℃）的溫度下在井筒中組合脂族異氰酸酯、三聚催化劑和催化劑阻滯劑來產生聚異氰脲酸酯水泥。本發明的各種實施方案滿足該應用所需的可控性和最小化的毒性。標準脂族多異氰酸酯減少了處理問題，同時提供了匹配該溫度范圍的反應性響應。

發明領域

本發明總體上涉及油氣鉆井，且更特別涉及在高于250℉（121℃）的井溫范圍下通過提供由聚異氰脲酸酯塑料制成的固體聚合物堵漏劑（plug）來防止創造油氣井過程中鉆井液的損失。

發明背景

從地下地層中回收資源（如天然氣或石油）通常需要將井筒鉆進至地層中，同時在井筒中循環鉆井液（如水基或油基鉆井泥漿）。鉆井液通過鉆桿（有時稱為“鉆柱”）向下流動，在與鉆頭相鄰的位置處離開鉆桿，隨后通過鉆桿外部與井筒壁之間形成的環形空間向上流動。鉆井液的循環潤滑鉆頭并從井筒中移除鉆屑。

在這樣的資源回收工藝中遇到的一個問題是在鉆井液在井筒中循環的過程中鉆井液漏失到地下地層中（有時稱為“井漏（lost circulation）”的問題）。鉆井液可能因各種原因漏失到地下地層中（而不是循環回到井筒中），例如地層的天然孔隙。井漏可能因若干原因而成問題，包括更換漏失鉆井液的高成本和中斷鉆井直到井漏造成的問題（如鉆頭破裂）得以解決的需要。在油氣井的鉆井操作過程中鉆井液漏失到裂隙、孔洞或碎裂的巖石地層中還可能產生安全問題。

為了解決鉆井液漏失的問題，有時將“堵漏材料”（“LCM”）注入井筒中以試圖密封多孔地下地層的孔隙。一種常用的堵漏材料是水泥。但是，水泥作為LCM具有許多缺點：其僅具有有限的密封效力；其易于開裂；其要求非常長的時間（大約24小時）來固化；其粘度通常不允許其擠入到地下地層中的裂縫中；并且其必須保持不動才能固化。

因此，還已提出了合成聚合物（如聚氨酯）用作堵漏材料。但是，作為LCM，聚氨酯也難以實施。例如，許多先前的形成聚氨酯的組合物具有短得無法接受的適用期（即活性氫官能組分（如多元醇）與異氰酸酯官能組分的組合保持可泵送的時間量）。因此，已經提出了復雜且繁瑣的設備選項以使反應性組分在注入井筒的過程中保持分離。

作為替代，已經提出了使用封閉型多異氰酸酯形成聚氨酯堵漏材料。但是，封閉型多異氰酸酯要求移除封閉劑以便使異氰酸酯基團與活性氫官能組分反應。當在壓力下包含液體體系時，如在LCM應用中的情況那樣，難以（如果不是不可能的話）移除封閉劑。此外，封閉型多異氰酸酯樹脂的粘度通常極高。因此，在不使用溶劑和/或增塑劑的情況下它們可能非常難以沿井筒向下泵送，這會是不合意的。

具有聚異氰脲酸酯結構的聚合物因其高溫穩定性和阻燃性而聞名。例如，基于芳族二苯基甲烷4,4'-二異氰酸酯（MDI）的聚異氰脲酸酯泡沫因其非常低的導熱性而被廣泛使用，尤其用作高性能絕緣材料。

因此，合意的是提供使用克服至少一部分前述問題的處理組合物來處理地下地層中的井筒的改進方法。在本領域中需要創造可以在各種井下溫度下在漏失區域中通過凝固來防止漏失的有效的聚合物堵漏劑或水泥。尤其具有挑戰性的是創造在250℉（121℃）至300℉（149℃）的井下溫度下穩定的堵漏劑。

發明概述

因此，本發明通過使用三聚化多異氰酸酯作為實現在溫度下的可控聚合反應以便在井下環境中在高達300℉（149℃）的溫度下提供固體聚合物堵漏劑的手段有助于緩解本領域中固有的問題。