(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ｉ）水硬性セメントと、
（ｉｉ）スチレン、アクリル酸ブチル、ジビニルベンゼン、及び２−イソプロペニル−２−オキサゾリンのモノマーを含むポリマーと、
を含有する組成物。
【請求項２】
前記ポリマー中の前記モノマーのモル比が、スチレン１０％〜３５％、アクリル酸ブチル２５％〜６０％、ジビニルベンゼン２％〜１５％、２−イソプロペニル−２−オキサゾリン１０〜４０％の範囲である、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
前記ポリマーがラテックスの形態である、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
前記水硬性セメントがポルトランドセメントを含む、請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記組成物が水を含み、スラリーの形態である、請求項１に記載の組成物。
【請求項６】
シリカ微粒子、遅延剤、分散剤、無機塩、安定剤、消泡剤、フライアッシュ、及び加重剤からなる群から選択される１つ以上の添加剤を更に含有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の組成物。
【請求項７】
（Ａ）（ｉ）水硬性セメントと、
（ｉｉ）スチレン、アクリル酸ブチル、ジビニルベンゼン、及び２−イソプロペニル−２−オキサゾリンのモノマーを含むポリマーと、
（ｉｉｉ）水と、
を含有する水硬性セメント組成物を形成すること、及び、
（Ｂ）坑井中に前記水硬性セメント組成物を導入すること、
を含む、坑井中のセメンチング方法。
【請求項８】
前記ポリマー中の前記モノマーのモル比が、スチレン１０％〜３５％、アクリル酸ブチル２５％〜６０％、ジビニルベンゼン２％〜１５％、２−イソプロペニル−２−オキサゾリン１０〜４０％の範囲である、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記ポリマーがラテックスの形態である、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記水硬性セメントがポルトランドセメントを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記水硬性セメント組成物が水を含み、スラリーの形態である、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記水硬性セメント組成物が、シリカ微粒子、遅延剤、分散剤、無機塩、安定剤、消泡剤、フライアッシュ、及び加重剤からなる群から選択される１つ以上の添加剤を更に含有する、請求項７〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、地下層からの原油または天然ガスの産出の分野に存する。より詳しくは、本開示は、概して、坑井中でセメンチングするための組成物及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
坑井における一次セメンチング工程では、水硬性セメントが坑井孔の壁とケーシングとの間の環状空間にポンプで注入される。凝結セメントシースはケーシングを支持し、坑井孔と結合する。凝結セメントシースは、ケーシングの外側の流体及び気体が坑井の表面へ移動するのを防ぐ。
【０００３】
効果的に層分離できるようにするためには、凝結セメントシースが高い静水圧に耐え得る必要がある。シースは、ケーシング内部の高い液圧または高い温度によって誘発される応力によって壊れる場合がある。高い内部圧力がケーシングを膨張させ、その結果シースにひび割れが生ずる可能性がある。同様に、凝結セメントシースが応力を受け、地下層周囲のクリープの結果として壊れる場合がある。
【０００４】
応力に誘発されるセメント破損を克服する目的で、弾性を向上させるためにセメント組成物中にエラストマー粒子が入れられてきた。これらの材料は固体粒子であり、水硬性セメント、シリカ、及び他のセメント添加剤よりも大きい粒径を有していることから、これらはスラリー粘度を上昇させる。
【０００５】
一般的に、いくつかのフィールド位置及び海上フィールドでは液体添加剤が好ましい。液体形態のスチレン−ブタジエンコポリマー（スチレン−ブタジエンラテックス）は、凝結セメントの弾性をある程度向上させることが知られているセメント用添加剤である。しかしながら、スチレン−ブタジエンラテックスによって得ることのできる弾性よりも大きい弾性が望まれている。したがって、凝結した水硬性セメント組成物により大きな弾性を付与することのできる液体組成物を特定することが求められている。
【発明の概要】
【０００６】
（ｉ）水硬性セメントと、（ｉｉ）オキサゾリン基を有する少なくとも１種のモノマーを含むポリマーと、を含有する組成物が開示される。
【０００７】
（Ａ）（ｉ）水硬性セメントと、（ｉｉ）オキサゾリン基を有する少なくとも１種のモノマーを含むポリマーと、（ｉｉｉ）水と、を含有する水硬性セメント組成物を形成すること、及び、（Ｂ）坑井中に水硬性セメント組成物を導入すること、を含む、坑井中のセメンチング方法が開示される。
【０００８】
様々な実施形態において、ポリマーは液体または固体の形態である。例えば、水に不溶性の場合、液体形態のこのようなポリマーの微粒子は水に分散されていてもよく、これはラテックスを形成していてもよい。
【０００９】
様々な実施形態において、ポリマーは少なくとも１種のモノ−ビニルモノマー及び少なくとも１種のジ−ビニルモノマーを含む。例えば、モノ−ビニルモノマーは、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、２−イソプロペニル−２−オキサゾリン、スチレン、アクリロニトリル、アルキルビニルエーテル、及びアルコキシビニルエーテルからなる群から選択することができる。ジ−ビニルモノマーは、アルカンジオールジアクリレート、アルカンジオールジメタクリレート、アルケングリコールジアクリレート、アルケングリコールジメタクリレート、アルカンジオールジビニルエーテル、アルケングリコールジビニルエーテル、ジビニルベンゼン、アリルメタクリレート、及びアリルアクリレートからなる群から選択することができる。
【００１０】
様々な実施形態において、ポリマーはスチレンと、アクリル酸ブチルと、ジビニルベンゼンと、２−イソプロペニル−２−オキサゾリンとの架橋コポリマーの固体粒子の形態である（「ＳＢＤＩ」）。様々な実施形態において、コポリマー中のモノマーのモル比は、スチレン約１０％〜約３５％、アクリル酸ブチル約２５％〜約６０％、ジビニルベンゼン約２％〜約１５％、２−イソプロペニル−２−オキサゾリン約１０〜約４０％の範囲である。このようなポリマーは、水硬性セメント組成物のポンプ移送中の液体損失を抑制し、水硬性セメント組成物の凝結後に水硬性セメント組成物に対してより大きい弾性を付与することができる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、このようなＳＢＤＩポリマーを含む水硬性セメント組成物が提供される。更に、いくつかの実施形態では、このような水硬性セメント組成物を用いた坑井中のセメンチング方法が提供される。
【００１２】
液体制御及び機械特性に関して、セメントスラリー中のＳＢＤＩラテックスが試験された。実験及び結果は下で論じられている。このようなＳＢＤＩラテックスは、水硬性セメント組成物に対して次の利点、すなわち、（ａ）坑井へのポンプ注入中の液体損失の抑制、及び（ｂ）凝結セメントに対しての、スチレン−ブタジエンラテックスよりも大きな弾性の付与、のうちの１つ以上を与えることができる。
【００１３】
必ずしも特定の理論に限定される訳ではないが、オキサゾリン基を有するモノマーを含む高分子材料は、セメント組成物中で使用された場合に、そのような利点のうちの１つ以上を付与することができると現在考えられている。
添付の図面は、本開示の現在の好ましい実施形態にかかる実施例の説明を補助するために明細書に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】スチレン−ブタジエンラテックスを含有する水硬性セメント組成物（スラリー設計Ｆ）についてのシックニングタイムチャートである。
【図２】ＳＢＤＩラテックスを含有する水硬性セメント組成物（スラリー設計Ｇ）についてのシックニングタイムチャートである。
【図３】スチレン−ブタジエンラテックスを含有する水硬性セメント組成物（スラリー設計Ｈ）についてのシックニングタイムチャートである。
【図４】ＳＢＤＩラテックスを含有する水硬性セメント組成物（スラリー設計Ｉ）についてのシックニングタイムチャートである。
【図５】スチレン−ブタジエンラテックスを含有する水硬性セメント組成物（スラリー設計Ｈ）の圧縮強度のＵＣＡチャートである。
【図６】ＳＢＤＩラテックスを含有する水硬性セメント組成物（スラリー設計Ｉ）の圧縮強度のＵＣＡチャートである。
【図７】スチレン−ブタジエンラテックスを含有する水硬性セメント組成物（スラリー設計Ｈ）の軸方向及び径方向のひずみ分析である。
【図８】ＳＢＤＩラテックスを含有する水硬性セメント組成物（スラリー設計Ｉ）の軸方向及び径方向のひずみ分析である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
定義及び使用方法
一般的解釈
本明細書で使用される単語または用語は、本開示において明示的に及び明確に定義される場合を除いては、あるいは具体的な文脈で異なる意味に解釈すべき必要がない限り、本開示の分野での単純な、通常の意味を有する。
【００１６】
単語「備える、含む、含有する、有する（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ、ｈａｖｉｎｇ）」及びこれらの全ての文法的なバリエーションは、開放的な、非限定的な意味を有することが意図されている。例えば、ある成分を含むある組成物はこれが追加的な成分を有することを除外せず、ある部品を含むある装置はこれが追加的な部品を有することを除外せず、また、ある工程を有するある方法はこれが追加的な工程を有することを除外しない。このような用語が使用される場合、特定の成分、部品、及び工程「から本質的になる」、あるいは「からなる」、組成物、装置、及び方法は、明確に包含されており、また開示されている。本明細書において、単語「から本質的になる」及びその全ての文法的なバリエーションは、請求項の範囲を、特定の材料または工程、及び請求項にかかる発明の基本的かつ新規な特性（群）に実質的に影響を与えないもの、に限定することが意図されている。
【００１７】
不定冠詞「ａ」または「ａｎ」は、その冠詞が導く１つ以上の成分、部品、または工程を意味する。
【００１８】
各数値は、用語「約」によって修飾されたものとして一旦解釈し（既に明示的にそのように修飾されていない場合）、その後、文脈中で特段の指示がない場合には、そのように修飾されていないものとして再度解釈すべきである。
【００１９】
下限及び上限を有する程度または測定の数値範囲が開示されている場合には、その範囲内に入る任意の数字及び任意の範囲も明確に開示されていることが意図されている。例えば、値の全ての範囲（「ａからｂ」、または「約ａから約ｂ」、または「約ａからｂ」、「おおよそａからｂ」、及びあらゆる同様な表現、ここで「ａ」及び「ｂ」は程度または測定の数値を表す）は、値のより広い範囲に包含される全ての数字及び範囲を示すと理解されるべきである。
【００２０】
石油及びガス貯留層
坑井からの産出との関係において、「石油」及び「ガス」はそれぞれ原油及び天然ガスをいうことが理解される。石油及びガスは特定の地下層中で天然に存在する炭化水素である。
【００２１】
「地下層」とは、十分識別できる特徴を有し、かつ地質学者がそれを説明し、地図を作り、命名するのに十分に連続的である岩体である。
【００２２】
流体の貯蔵及び透過に十分な孔隙及び透過性を有する地下層は、「貯留層」と呼ばれる場合がある。
【００２３】
石油またはガスを含む地下層は、陸地の下、または沖合海底の下に位置する場合がある。石油またはガスの貯留層は、典型的には、陸地または海底の表面から数百フィート（浅部貯留層）〜数万フィート（超深度貯留層）下の範囲に位置している。
【００２４】
坑井サービス及び流体
貯留層から石油またはガスを産出するために、地下層に坑井孔が掘削される。これは貯留層であっても貯留層に隣接していてもよい。典型的には、坑井の坑井孔は、炭化水素含有層に到達させるために、地面に数百〜数千フィート掘削されなければならない。
【００２５】
一般的には、坑井サービスには、掘削、セメンチング、仕上、及びインターべーションなどの、油井、ガス井、地熱井、及び井戸の中で行われうる幅広い作業が含まれる。坑井サービスは、地下層からまたは地下層を通しての石油やガスなどの目的とする流体の産出を促進または強化するために設計される。坑井サービスには、通常、坑井への流体の導入が含まれる。
【００２６】
掘削は、坑井孔を掘削する工程である。坑井孔の一部が掘削された後、ケーシングと呼ばれる、掘削孔の直径よりもわずかに小さい鋼管材が、坑井孔の少なくとも最上部に配置される。ケーシングは、新たに掘削された掘削孔に構造的完全性を付与する。
【００２７】
セメンチングは一般的な坑井作業である。例えば、ケーシングまたはライナーなどのパイプのストリングが坑井孔中でセメント固定されるセメンチング作業で、水硬性セメント組成物を使用することができる。セメントは、パイプを坑井孔に固定し、坑井孔に沿った層から層への、坑井孔とケーシングまたはライナーの外側との間のアニュラスに沿った望ましくない流体の移動を防ぐ。坑井孔が地下層の炭化水素含有層に貫入する場合、その層と坑井孔との間を流体が連絡できるように後にケーシングに穴を開けることができる。セメントで固定されたケーシングは、パッカーやプラグなどのダウンホール工具を用いることによって、あるいはサンドプラグの形成または穿孔におけるセメントの打設などの他の技術を使用することによって、坑井孔の１つ以上の産出層の、その後のあるいは補修的な分離または隔離をすることもできる。水硬性セメント組成物は、過剰な水を生成する場合のある高透過性層または層の割れ目を塞ぐこと、パイプストリングのひび割れまたは穴を塞ぐこと、などのインターべーション作業で利用することもできる。
【００２８】
仕上は、産出または圧入の準備が整った坑井を作る工程である。これは主に、坑井孔の層を必要とされる仕様に整えること、生産用チュービング及び関連するダウンホール装置の中を通すこと、並びに必要に応じて穿孔及び刺激を行うことを含む。
【００２９】
インターベーションは、その生産寿命中または生産寿命終了時に坑井に対して行われる、坑井の状態または坑井の構造を変える任意の作業であり、坑井を診断し、または坑井の産出を管理する。
【００３０】
坑井
「坑井」は、坑口と、坑口から地面に貫入する少なくとも１つの坑井孔とを含む。「坑井口」は坑井孔の表面端であり、この表面は陸地にあっても海底にあってもよい。
【００３１】
”坑井現場”とは、坑井の坑口の地理的な位置である。これにはタンク基地、セパレーター、コンプレッサーステーション、加熱装置または他の装置、及び流体ピットなどの関連施設を含めることができる。海上の場合、坑井現場はプラットフォームを含んでいてもよい。
【００３２】
「坑井孔」とは、任意のケーシングされたかまたはケーシングされていない坑井の部位を含む、あるいは坑井中の任意の他の管を含む、掘削した穴のことをいう。「掘削孔」とは、通常、坑井孔内壁のことをいう。すなわち、掘削した穴と境を接する岩表面または岩壁である。坑井孔は、垂直、水平、またはその間の任意である部位を有していてもよく、またこれは直線状、曲線状、または分岐状の部位を有していてもよい。本明細書において、「アップホール」、「ダウンホール」及び類似した用語は、坑井孔の部位が垂直であるか水平であるかに関わらず、坑口の方向に関する。
【００３３】
本明細書において、「坑井の中に」導入するとは、坑口の中に、及び坑口を通じて、導入することを意味する。当該技術分野で公知の様々な技術に従って、管、装置、工具、または流体を、坑口から坑井孔の任意の目的の部位の中へ向かわせることができる。
【００３４】
本明細書において、「管」という言葉は、チューブ状の一般的形態である任意の種類の構造体を意味する。管は任意の好適な本体材料からできていてもよいが、油田では、これらは最も一般的には鋼製である。油井での管の例としては、ドリルパイプ、ケーシング、チュービングストリング、ラインパイプ、輸送管が挙げられるが、これらに限定されない。
【００３５】
本明細書において、用語「アニュラス」は、１つの中に他方が重ね入れられた、概して円筒状の２つの物体の間の空間を意味する。これら物体は同心円でも離心円であってもよい。これに限定するものではないが、物体のうちの一方は管であってもよく、他方は封入された導管であってもよい。封入された導管は、坑井孔または掘削孔であってもよく、あるいはこれはもう１つの管であってもよい。下に示すのは、アニュラスが存在しうる複数の状況を説明する複数の非限定的な実施例である。開放孔の坑井にある油井、ガス井、または井戸に関しては、チュービングストリングの外側と、坑井孔の掘削孔との間の空間はアニュラスである。ケーシングされた穴では、ケーシングの外側と掘削孔との間の空間はアニュラスである。さらに、ケーシングされた孔では、生産チュービングストリングなどの管の外側円筒部と、ケーシングの内側円筒部との間にアニュラスが存在する場合がある。アニュラスは、流体が流通可能な空間であってもよく、あるいはこれは、充填要素などの流体の流れを遮る材料または物体で満たされていてもよい。文脈から明確でない限り、本明細書において、「アニュラス」は流体が流通可能な空間である。
【００３６】
流体は、例えば掘削流体、水硬性セメント組成物などの凝結性組成物、処理流体、またはスペーサー流体であってもよい。
【００３７】
坑井または坑井孔との関連において、「部位」または「区間」とは、坑井孔の長さ方向に沿った任意の掘削孔部位または区間のことをいう。
【００３８】
「層」とは、炭化水素含量に基づいて、または、透過性、組成、穿孔、若しくは、坑井孔や欠陥や割れ目との他の流体の連通などの他の特徴に基づいて、アップホール層及びダウンホール層と区別される、坑井孔に沿った岩の区間のことをいう。炭化水素を産出することができる炭化水素含有層を貫通する坑井孔の層を「産出層」という。「処理層」は、坑井孔からその中へ流体が流れるように導かれる層のことをいう。本明細書において、「処理層の中へ」とは、坑口の中及び坑口を通って、そして更に坑井孔を通って、処理層の中へ行くことを意味する。
【００３９】
本明細書において、「ダウンホール」流体は、坑井の中のｉｎ−ｓｉｔｕ流体であり、これは導入された時と同じ流体であっても、別の流体ダウンホールと混合された流体であっても、あるいはダウンホールｉｎ−ｓｉｔｕで化学反応が生じているか若しくは生じた流体であってもよい。
【００４０】
流体損失とは、ある層（この層は処理層であっても処理層でなくてもよい）の透過性マトリックスの中への、任意の種類の流体の流体相の望ましくない漏出のことをいう。
【００４１】
一般的に、地層がより深いほど地層の静温及び静圧はより高い。初めは、静圧は産出前の地層の初期圧力と等しい。産出開始後、静圧は平均貯留層圧力に近づく。
【００４２】
「設計」とは、坑井サービスまたは処理の、特定の流体または段階のために計画されるかまたは見込まれる１つ以上のパラメーターの推定値または実測値のことをいう。例えば、見込まれるダウンホール条件下で少なくとも規定時間、最小密度または粘度を与える成分を流体が有するように流体を設計することができる。坑井サービスには、ポンプ移送される流体の体積、処理に必要なポンプ移送時間、またはポンプ移送の剪断条件などの、設計パラメーターが含まれていてもよい。
【００４３】
用語「設計温度」は、処理時間中のダウンホール環境での実際の温度の推定値または実測値のことをいう。例えば、坑井処理のための設計温度は、坑底静温（「ＢＨＳＴ」）だけでなく、処理中のＢＨＳＴにおける流体の温度の影響も考慮に入れる。流体の設計温度は、坑底循環温度（「ＢＨＣＴ」）と呼ばれる場合もある。流体はＢＨＳＴよりもかなり冷たい場合があることから、２つの温度の差が非常に大きい場合がある。平静な状態に置かれた場合、最終的には地下層はＢＨＳＴに戻るであろう。
【００４４】
相、物理的状態、及び材料
本明細書において、「相」は、異なる化学組成または異なる物理的状態を有する物質の隣接相と区別できる、ある化学組成及び物理的状態を有する物質のことをいうために使用される。
【００４５】
「材料」という語は、物理的実体または物体の、１つ以上の相から構成される物質のことをいう。岩、水、空気、金属、セメントスラリー、砂、及び木は全て材料の例である。「材料」という語は、文脈次第でバルクスケール（粒子より大きい）の物質の単一相のことをいう場合もあれば、相の混合物のバルクスケールのことをいう場合もある。
【００４６】
本明細書において、特段の記載がない限り、物質（または物質の混合物）の物理的状態または相、及び他の物理的特性は、剪断力を加えることなしに７７°Ｆ（２５℃）の温度、１気圧（標準実験室条件）の圧力で測定される。
粒子及び微粒子
【００４７】
本明細書において、「粒子」とは、有限質量を有し、１つのまとまりとしてみなせるほどに十分凝集しているが、比較的小さい寸法を有する物体のことをいう。粒子は文脈に応じて、分子スケールから巨視的スケールまでの範囲の任意のサイズであってもよい。
【００４８】
粒子は任意の物理的状態であってよい。例えば、固体状態の物質の粒子は、ナノメートルスケールの数分子程度に小さくても、砂の大きい粒などの数ミリメートルスケールの大きい粒子であってもよい。同様に、液体状態の物質の粒子は、ナノメートルスケールの数分子程度に小さくても、数ミリメートルスケールの大きな液滴であってもよい。気体状態の物質の粒子は、分子間引力がそれぞれの運動に対して比較的少ない影響しか与えないように他の原子または分子と離れている、単一原子または単一分子である。
【００４９】
本明細書において、微粒子または微粒子状材料とは、固体状態または液体状態で明確な粒子状の物理的形態にあるもののことをいう（これは数原子または数分子の会合を意味する）。本明細書において、微粒子とは、類似した化学組成を有し、約０．５マイクロメートル（５００ｎｍ）（例えば微細粘土粒子）から約３ミリメートル（例えば砂の大きな粒）までのいずれかの範囲の粒径である、粒子の一群である。
【００５０】
微粒子は固体粒子であっても液体粒子であってもよい。しかし、本明細書においては、文脈において別に解釈すべき場合を除き、微粒子は固体微粒子のことをいう。当然、固体粒子は固体物理的状態にある粒子の微粒子である。すなわち、構成原子、イオン、または分子は、その相対的運動が十分に制限されており、その結果各粒子が一定の形状になっている。
【００５１】
ポリマー及びラテックス
本明細書においては、文脈において別に解釈すべき場合を除き、「ポリマー」または「ポリマー材料」にはホモポリマー、コポリマー、ターポリマー等が含まれる。また、本明細書において、用語「コポリマー」は、２種のモノマー単位を有するポリマーの組み合わせに限定されず、モノマー単位の任意の組み合わせ（例えばターポリマーやテトラポリマーなど）も含まれる。
【００５２】
当然、ポリマーは１種以上のモノマーの化学反応によって形成されることが理解されるべきである。１種以上のモノマーを有するあるいは含むポリマーは、１種以上のモノマーから形成されることをいうことが理解される。
【００５３】
ラテックスは、水性媒体中にポリマーマイクロ粒子が分散された安定分散物（エマルション）である。ラテックスは天然品であっても合成品であってもよい。ラテックスは、例えば界面活性剤で乳化させたスチレンなどのモノマーを重合させることによって、人工的に製造することができる。
【００５４】
分散物
分散物は、１つの化学組成及び物理的状態の物質の粒子が、異なる化学組成または物理的状態のもう１つの物質の中に分散されている系である。また、相は入れ子状であってもよい。物質が２つ以上の相を有する場合、異なる内部相の数または入れ子状の相の数に関わらず、最も外部にある相が物質全体としての連続相とみなされる。
【００５５】
流体
流体は均一であっても不均一であってもよい。一般に、流体はそれが入っている容器の形に従って流れ、形を変える性質を持つ、約１マイクロメートル未満の粒子の連続相であるか、または、該連続相を有する、非晶質の物質である。
【００５６】
全ての流体は本質的に少なくとも連続相を有する。流体は、２つ以上の相を有していてもよい。例えば、流体は懸濁液またはスラリー（液相に分散された固体粒子）の形態であっても、エマルション（別の液相に分散された液体粒子）の形態であっても、あるいは泡（液相に分散された気相）の形態であってもよい。
【００５７】
一般的な測定用語
別段の規定がある場合あるいは文脈上明確に他の意味に解釈すべき場合を除き、いずれの比率またはパーセンテージも重量基準を意味する。
【００５８】
別段の規定がある場合あるいは文脈上明確に他の意味に解釈すべき場合を除き、「セメント重量基準」という表現は水硬性セメント重量基準を意味する。
【００５９】
米国単位（Ｕ．Ｓ．  ｕｎｉｔ）と帝国単位（Ｉｍｐｅｒｉａｌ  ｕｎｉｔ）との間で相違が存在する場合には、米国単位が意図される。例えば、「ｐｐｇ」は米ガロン当たりのポンドを意味する。
【００６０】
本明細書において、「サック」（「ｓｋ」）とは、９４ポンドの重さの量（９４ｌｂ／ｓｋ）である。
【００６１】
本明細書において、ガロン毎サック（ｇａｌ／ｓｋ）とセメント重量基準のパーセント（％ｂｗｏｃ）との間の換算は、１ｇａｌ／ｓｋ＝３．９６％ｂｗｏｃである。
セメンチング及び水硬性セメント組成物
【００６２】
セメンチング作業では、水硬性セメント、水、及び他の任意の成分が混合されて流体状の水硬性セメント組成物が作られる。水硬性セメント組成物は、流体（典型的には懸濁液またはスラリーの形態）として坑井孔の目的の場所へポンプ移送される。
【００６３】
例えば、ケーシングまたはライナーのセメンチングでは、水硬性セメント組成物がパイプストリングの外表面と掘削孔（すなわち、坑井孔の壁）との間の環状空間にポンプ注入される。水硬性セメント組成物は、坑井孔中に組成物をポンプ注入することができるように、及び坑井中の望ましい坑底の位置に配置することができるように、凝結前に十分な時間、流体である必要がある。セメント組成物は、環状空間で凝結するための時間が与えられ、それにより、硬化した、実質的に不透過性のセメントの環状シースが形成される。硬化したセメントは坑井孔中のパイプストリングを支持し、かつ位置づけるとともに、パイプストリングの外表面と坑井孔の掘削孔との間の環状空間を満たす。その結果、石油またはガスの流れをケーシングを通って坑口へ向かわせることによって、石油またはガスを制御された状態で産出することができる。
【００６４】
セメント組成物は、例えば坑井を塞ぐ作業またはグラベルパッキング作業で使用することもできる。セメント組成物は、流体損失または層中の移動を抑制するために使用することもできる。
【００６５】
セメント及びセメント組成物
単語の最も一般的な意味では、「セメント」は、バインダー、すなわち凝結して他の材料を一体化することができる物質である。本明細書において、「セメント」は、水と混合されると凝結が始まり、固まってコンクリート材になる無機セメントのことをいう。
【００６６】
本明細書において、「セメント組成物」とは、少なくとも１種の無機セメントを含む材料である。セメント組成物は添加剤を含んでいてもよい。いくつかのセメント組成物は、水を含んでいてもよいし、水と混合されてもよい。セメントの種類、薬品の割合にもよるが、セメント組成物は水と混合されると凝結し始め固体材料を形成することができる。
【００６７】
セメントは非水硬性または水硬性として特徴付けることができる。
【００６８】
非水硬性セメント（例えば石膏、ソレルセメント）は、その強度を維持するために乾燥状態に保たれなければならない。非水硬性セメントは、耐水性ではない水和物を生成する。非水硬性セメントに対する水の比率が高すぎる場合、セメント組成物は硬化材料へと凝結しない。
【００６９】
水硬性セメント（例えばポルトランドセメント）は、混合物の含水量に関係なく生ずる、水和、化学反応により硬化する。これらは、水中でも、あるいは絶えず雨天にさらされても硬化することができる。乾燥セメント粉末が水と混合される際に生じる化学反応によって、水に非常に溶けにくい水和物が生成する。
【００７０】
より具体的には、ポルトランドセメントは、欧州規格ＥＮ１９７−１に従うクリンカーなどのクリンカーから作ることができる：「ポルトランドセメントクリンカーは、少なくとも３分の２の質量がケイ酸カルシウム（３ＣａＯ・ＳｉＯ２及び２ＣａＯ・ＳｉＯ２）からなり、残部がアルミニウム含有クリンカー相、鉄含有クリンカー相、及び他の化合物からなる、水硬性材料である。ＳｉＯ２に対するＣａＯの比率は少なくとも２．０とする。酸化マグネシウム含量（ＭｇＯ）は５．０質量％を超えないものとする。」。米国材料試験協会（「ＡＳＴＭ」）規格「Ｃ１５０」は、ポルトランドセメントを「本質的に水硬性ケイ酸カルシウムからなり、通常１以上の形態の硫酸カルシウムを混合粉砕添加物として含むクリンカーを粉砕することによって製造される水硬性セメント（水と反応することによって硬化するだけでなく、耐水性生成物も形成するセメント）」として定義している。また、典型的には、ポルトランドセメントのＳｉＯ2に対するＣａＯ比率は４．０未満である。
【００７１】
米国材料試験協会（「ＡＳＴＭ」）は、ポルトランドセメントのための、ＡＳＴＭセメントとみなされるために満たすべき一連の規格を設けている。これらの規格には、タイプＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ、及びＶが含まれる。
【００７２】
米国石油協会（ＡＰＩ）は、ＡＰＩセメントとみなされるためにポルトランドセメントが満たさなければならない一連の規格を設けている。この規格には、クラスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、及びＪが含まれる。
【００７３】
スラグセメント（高炉水砕スラグまたは「ＧＧＢＦＳ」としても知られる）は、低ＣａＯセメントである。本明細書において、スラグセメントの、ＳｉＯ２に対するＣａＯ比率は１．０未満である。
【００７４】
混合セメントは、ポルトランドセメントクリンカーと他の材料との混合粉砕、ポルトランドセメントと他の材料との混合、または混合粉砕と混合との組み合わせ、によって製造される水硬性セメントである。
【００７５】
セメント添加剤
一般的な添加剤はシリカ（二酸化ケイ素）である。シリカは通常凝結セメントの強度安定剤として添加される。ＳＳＡ−１TM試剤（シリカフラワーとも呼ばれる）は、高温条件下で油井セメントが低浸透率及び高圧縮強度を維持することを助ける、粉末状の砂である。ＳＳＡ−１TM試剤は、静温が２３０°Ｆを超える坑井のセメンチングにおける使用が推奨される。この温度より上では、ほとんどのセメント組成物は初期凝結後に十分な圧縮強度を示すものの、連続的に高温にさらされると急速に強度を失うであろう。ＳＳＡ−１TM試剤は、高温でセメントと化学的に反応することによって、この問題を回避する助けをする。ＳＳＡ−１TM試剤は、耐火型セメントとの併用で、熱回収坑井で広く使用されてきた。ＳＳＡ−１TM試剤は採掘され、次の２つの形態で行われる：（ａ）標準重量のセメント濃度で最大の反応性にするための、マイナス２００メッシュ粉末、（ｂ）より重い重量及び最大の反応性が必要とされる高密度セメント用に選択された粒度設計、に加工される。
【００７６】
フライアッシュは、燃焼した石炭からできており、セメント組成物中の一般的な添加剤である。ＰＯＺＭＩＸTMポゾランセメント添加剤は、燃焼した石炭からできているフライアッシュである。この添加剤は、スラリーを軽くし、そのポンプ移送特性を向上させるのに役立つ。この添加剤は、８０°Ｆ〜５５０°Ｆ（２７℃〜２８８℃）の坑底温度（ＢＨＴ）で使用することができる。ＰＯＺＭＩＸTM添加剤を含む典型的な水硬性セメントスラリーは、ＰＯＺＭＩＸTM添加剤と水硬性セメントとの５０／５０ブレンド物である。ＰＯＺＭＩＸTM添加剤は、全てのクラスの水硬性セメントと混合可能である。これは石灰とも反応してセメント様材料を生成する。ＭＩＣＲＯ  ＦＬＹ  ＡＳＨTMポゾランセメント添加剤は、３〜９マイクロメートルの粒径を有するフライアッシュである。ＭＩＣＲＯ  ＦＬＹ  ＡＳＨTMポゾランセメント添加剤は、Ｏｋｌａｈｏｍａ、ＤｕｎｃａｎにあるＨａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃから市販されている。
【００７７】
セメント組成物は、樹脂、ラテックス、安定剤、ミクロスフェア、水性超吸収体、増粘剤、懸濁剤、分散剤、塩、促進剤、界面活性剤、遅延剤、消泡剤、高密度材料、低密度材料、流体損失抑制剤、エラストマー、ガラス状頁岩、ガス移動抑制剤、地層調整剤、他の添加剤もしくは改質剤、またはこれらの組み合わせを含む（ただしこれらに限定されない）、他の添加剤を含んでいてもよい。
【００７８】
添加剤の１つの例は高密度添加剤である。本明細書において、「高密度」添加剤は、３ｇ／ｃｍ3よりも大きい密度を有する添加剤である。高密度添加剤としていくつかの金属酸化物を使用してもよい。本明細書において、「金属酸化物」は、酸素アニオンと一体になった金属カチオンまたは遷移金属カチオンである。金属酸化物の例としては、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）及び酸化マグネシウム（Ｍｎ3Ｏ4）が挙げられるが、これらに限定されない。酸化鉄高密度添加剤の市販品の例はＨＩ−ＤＥＮＳＥTMであり、市販の酸化マグネシウムの例はＭＩＣＲＯＭＡＸTMである。これらは共にＯｋｌａｈｏｍａ、ＤｕｎｃａｎにあるＨａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃから入手可能である。
【００７９】
例えば、ＭＩＣＲＯＭＡＸTM加重剤は、平均粒径５ミクロンに粉砕されたハウスマン鉱と共にスラリー密度を増加させる。ほとんどの加重剤とは異なり、ＭＩＣＲＯＭＡＸTM加重剤は、混合水に直接添加される場合には懸濁液中に残存する。ＭＩＣＲＯＭＡＸTM加重剤は、８０°Ｆ〜５５０°Ｆ（２７℃〜２６０℃）の坑底循環温度で使用することができる。高温高圧の深い坑井中では、ＭＩＣＲＯＭＡＸTM加重剤は、層圧を抑え、泥水の置換を改善するのに役立つ。添加剤の濃度は、各坑井のために設計されたスラリー重量に依存する。ＭＩＣＲＯＭＡＸTM加重剤中の微粉砕された鉱石のため、他の種類の加重剤によって得られるシックニングタイムを得るためには、より高い濃度の遅延剤が必要とされる場合がある。ＭＩＣＲＯＭＡＸTM加重剤を含有するセメント組成物のスラリーは、分散剤の添加も必要とされる場合がある。ＭＩＣＲＯＭＡＸTM加重剤は、Ｏｋｌａｈｏｍａ、ＤｕｎｃａｎにあるＨａｌｌｉｂｕｒｔｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ，Ｉｎｃから市販されている。
【００８０】
当然、添加剤は流体の目的を妨げないように選択されるべきである。
【００８１】
ポンプ移送時間及びシックニングタイム
セメント組成物を配置する際、地下層または坑井の中に導入する際中、及びセメント組成物がセメントで固める地下層または坑井の部分に配置されるまで、セメント組成物がポンプ移送可能なままでいることが必要とされる。セメント組成物が坑井のセメントで固めるべき部分に到達した後、セメント組成物は最終的に凝結する。ポンプ移送中に早く増粘し過ぎるセメント組成物はポンプ装置やブロックチュービング若しくはパイプにダメージを与える場合があり、また凝結が遅すぎるセメント組成物はセメント組成物が凝結するのを待つ間の時間と費用がかかる場合がある。
【００８２】
本明細書において、「ポンプ移送時間」は、セメンチング作業で水硬性セメント組成物を坑井の望ましい位置または層にポンプ移送するために必要とされる総時間プラス安全係数である。
【００８３】
本明細書において、「シックニングタイム」とは、セメント組成物が特定の温度及び特定の圧力でポンプ移送できなくなるまでにかかる時間である。セメント組成物のポンプ移送性は組成物のコンシステンシーと関係がある。セメント組成物のコンシステンシーは、Ｂｅａｒｄｅｎ単位のコンシステンシー（Ｂｃ）（より一般的な粘度単位への直接的な換算係数をもたない無次元単位）で測定される。本明細書においては、流体が３０，０００ｍＰａ・ｓ（ｃＰ）の見かけ粘度（ゲル特性と無関係である）または７０Ｂｃ未満のコンシステンシーを有する限り、凝結流体は「ポンプ移送可能である」とみなされる。組成物のコンシステンシーが少なくとも７０Ｂｃに到達すると、凝結流体は「ポンプ移送不可能」になる。
【００８４】
本明細書において、セメント組成物のコンシステンシーは次のようにＡＮＳＩ／ＡＰＩ推奨基準１０Ｂ−２に従って測定される。セメント組成物を混合し、その後、高温高圧（ＨＴＨＰ）のコンシステンシー測定器（ＦＡＮＮTM  ２７５型またはＣＨＡＮＤＬＥＲTM  ８２４０型など）の試験セルの中に入れる。セメント組成物を、特定温度及び圧力で、ＨＴＨＰコンシステンシー測定器で試験する。コンシステンシー測定は、セメント組成物のコンシステンシーが７０Ｂｃを超えるまで連続的に行われる。
【００８５】
当然、シックニングタイムはセメンチング工程のポンプ移送時間よりも長い必要がある。
【００８６】
凝結及び圧縮強度
本明細書において、用語「凝結」は硬化によって固体になり硬くなる過程を意味する。
【００８７】
組成及び条件によるが、いくつかのセメント組成物については、初期凝結にわずか数分から最大７２時間またはそれ以上要する場合がある。少なくとも初期凝結したセメント組成物試料は、破壊的圧縮強度試験に好適である。
【００８８】
圧縮強度は、軸方向の押圧力に耐える材料の能力として定義される。凝結組成物が得る圧縮強度は、特に硬化時間と温度の両方の関数である。
【００８９】
セメント組成物の圧縮強度は、セメント組成物が凝結したか否かを示すために使用することができる。本明細書においては、セメント組成物が非破壊圧縮強度法を用いて５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）の圧縮強度を発現した場合に、セメント組成物が「初期凝結した」とみなされる。本明細書において、「初期凝結時間」とは、セメントが水と混合された時とセメント組成物が初期凝結した時との時間差である。いくつかのセメント組成物は、数日間にわたって５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）より大きい圧縮強度に増加し続けることができる。ある種類のセメント組成物の圧縮強度は、１０，０００ｐｓｉ（７０，０００ｋＰａ）より大きい値に到達することができる。
【００９０】
圧縮強度は、典型的には、セメント組成物が混合された後の既定の時間に、特定の温度及び圧力条件で測定される。特段の言及がない限り、凝結及び初期凝結時間は２１２°Ｆ（１００℃）の温度及び３，０００ｐｓｉ（２０，７００ｋＰａ）の大気圧で測定される。圧縮強度は、セメント組成物が混合された後の特定の時間及び温度（例えば２１２°Ｆ（１００℃）の温度及び３，０００ｐｓｉ（２０，７００ｋＰａ）である設計温度及び圧力で、例えば約２４時間〜約７２時間の範囲）で、測定することもできる。ＡＮＳＩ／ＡＰＩ推奨基準１０Ｂ−２によれば、圧縮強度は破壊的方法でも非破壊的方法でも測定することができる。
【００９１】
破壊的方法は、圧縮試験機中で試料を破砕することによってセメント組成物試料の様々な時点の強度を機械的に試験する。破壊的方法は次のように行われる。セメント組成物を混合し、その後硬化する。硬化したセメント組成物試料を圧縮強度試験装置（米国、Ｐｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａ、ＨｏｒｓｈａｍのＴｉｎｉｕｓ  Ｏｌｓｅｎから入手可能なＳｕｐｅｒ  Ｌ  万能試験機６０２型など）の中に置く。破壊的方法によれば、圧縮強度は、試料の破壊に必要とされる力を圧縮装置の耐荷重プレートと接触する最小断面積で割ることによって算出される。実測の圧縮強度は、重量ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）またはメガパスカル（ＭＰａ）などの圧力単位で報告される。
【００９２】
非破壊的方法は、ＴＸ、ＨｏｕｓｔｏｎのＦａｎｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓから入手可能なＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｃｅｍｅｎｔ  Ａｎａｌｙｚｅｒ（ＵＣＡ）などの非破壊音波装置を利用することによって、セメント組成物試料の相関圧縮強度を試験時間中連続的に測定する。本明細書において、セメント組成物の「圧縮強度」は、次のようにＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｃｅｍｅｎｔ  Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて測定される。セメント組成物を混合する。セメント組成物をＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｃｅｍｅｎｔ  Ａｎａｌｙｚｅｒの中に置く。セメント組成物はこの中で所定の温度に加熱され、所定の圧力に加圧される。ＵＣＡは、試料を通過する音響信号の伝搬時間を連続的に測定する。ＵＣＡ装置は、試料を通過する伝搬時間と圧縮強度とを関係付ける、予め設定されたアルゴリズムを含んでいる。ＵＣＡによって、ｐｓｉまたはメガパスカル（ＭＰａ）などの圧力単位のセメント組成物の圧縮強度が報告される。
【００９３】
セメント試験条件
本明細書において、何れかの試験（例えばシックニングタイムまたは圧縮強度）が凝結組成物、セメント組成物などの混合工程を必要とする場合、混合工程は次のようにＡＮＳＩ／ＡＰＩ推奨基準１０Ｂ−２に従って行われる。乾燥微粒子状物質である成分の何れかを予めブレンドしておく。液体を混合容器に入れ、その後容器をミキサー台に置く。例えばミキサーはＬｉｇｈｔｎｉｎｇ  Ｍｉｘｅｒとすることができる。台のモーターの電源を入れ、約４，０００回転毎分（ｒｐｍ）に維持する。予めブレンドした乾燥成分を、１５秒（ｓ）以内に一定の速度で容器に添加する。全ての乾燥成分を容器中の液体成分に添加した後、容器に蓋をし、組成物を１２，０００ｒｐｍ（＋／−５００ｒｐｍ）で３５秒（＋／−１秒）混合する。組成物は標準実験室条件下（約７７°Ｆ、約１大気圧）で混合されることが理解されるべきである。
【００９４】
何れかの試験（例えばシックニングタイムまたは圧縮強度）として、所定の温度及び場合により所定の圧力で行う試験が指定される場合、セメント組成物の温度及び圧力は、周囲温度及び周囲圧力で混合された後に所定の温度及び圧力まで上げられることも理解されるべきである。例えば、セメント組成物を７７°Ｆ（２５℃）で混合し、その後、試験装置の中に置き、セメント組成物の温度を所定の温度まで上げることができる。本明細書においては、温度を上昇させる速度は約３°Ｆ／分〜約５°Ｆ／分の範囲である。セメント組成物が所定の温度まで及び場合により圧力まで上昇した後、セメント組成物は試験の間その温度及び圧力に維持される。
【００９５】
本明細書においては、試験（例えば圧縮強度）に「セメント組成物の硬化」などの工程が必要とされる場合、硬化工程は次のようにＡＮＳＩ／ＡＰＩ推奨基準１０Ｂ−２に従って行われる。セメント組成物を混合した後、これを硬化用モールドの中に流し込む。硬化用モールドを加圧した硬化用チャンバーの中に置き、硬化用チャンバーを温度２１２°Ｆ（１００℃）、圧力３，０００ｐｓｉ（２０，７００ｋＰａ）に維持する。セメント組成物を、組成物が凝結するのに必要な時間硬化させる。組成物が凝結した後、硬化用モールドはセメント組成物試料が試験されるまで水冷浴の中におかれる。
【００９６】
セメント遅延剤及び促進剤
坑井の中の望ましい場所に配置するまでセメントをポンプ移送可能なスラリー状態に維持することは重要である。この目的のため、セメントスラリー中に凝結遅延剤を使用することができる。これは、凝結の進行を遅らせ、セメントスラリーを配置するための十分なポンプ移送時間を与える。代わりに、またはこれに加えて、凝結促進剤を使用することができる。これは凝結の進行を早める。遅延剤または促進剤の使用は、シックニングタイムまたはセメント組成物の凝結の制御を助けるために使用することができる。
【００９７】
いかなる理論にも限定されるものではないが、遅延剤はキレート化、吸着、または析出の原理のうちの１つ以上によって機能すると考えられる。
【００９８】
遅延剤の選択は坑井温度に依存する。更に、セメント組成物中の遅延剤の濃度を変化させることによって、特定の温度でシックニングタイムを様々に遅らせることができる。低温範囲で機能する遅延剤もあれば、高温範囲で機能するものもある。
【００９９】
本明細書において、「遅延剤」とは、セメント組成物のシックニングタイムを増加させるために使用される薬剤である。セメントで固められる層が深くなるのに伴って、セメンチング作業を完結するためにより時間が必要とされることから、またセメント凝結時の高い温度の影響から、セメント組成物のシックニングタイムを遅らせる必要性が増す傾向にある。設計温度でのシックニングタイムが長くなるほど、必要とされ得るポンプ移送時間をより長くすることができる。
【０１００】
坑井中のセメンチング方法
本開示の別の実施形態によれば、坑井の処理方法が提供され、該方法は、本開示にかかる水硬性セメント組成物を形成する（スラリーとして）工程と、坑井中に該組成物を導入する工程とを含む。
流体の形成
【０１０１】
流体は、現場で調製してもよいし、使用前に工場や設備で調製してもよいし、あるいは、流体のいくつかの成分を使用前に予め混合し、その後現場に輸送してもよい。流体のいくつかの成分は、坑井中に流体を導入する前または導入時に流体または他の成分と混ぜ合わされる「ドライミックス」として供給されてもよい。
【０１０２】
ある実施形態では、流体の調製は、「オンザフライ」で行われることを特徴とする方法で、現場で行うことができる。本明細書では、用語「オンザフライ」には、２つ以上の成分を合わせる方法であって、継続的処理の一部として、単一の流れとして流れ続けながらも１つの要素の流れがもう１つ要素の流れに連続的に導入されて２つの流れが混ぜ合わせられる方法、が含まれる。このような混合は「リアルタイム」混合とも呼ばれる。
【０１０３】
坑井または層への導入
坑井の中へ流体を移送する工程は、多くの場合、流体を形成した後比較的短期間、例えば３０分から１時間未満のうちに行われる。より好ましくは、流体を移送する工程は、流体形成工程後すぐであり、これは「オンザフライ」である。
【０１０４】
坑井の中へ流体を移送する工程には、有利には１つ以上の流体ポンプの使用が含まれていてもよいことが理解されるべきである。
【０１０５】
破壊圧力未満での導入
様々な実施形態では、導入工程は処理層の破壊圧力未満の速度及び圧力である。
【０１０６】
坑井中での凝固のための放置時間
坑井または層にセメント組成物を導入する工程の後、セメント組成物の凝結のための時間が与えられる。これは、好ましくは地下流体の層の条件下で経時的に生じる。
【０１０７】
地下層からの炭化水素の産出
好ましくは、本開示にかかる流体のこのような使用の後の、坑井または特定の層から炭化水素を産出する工程が、望ましい目的である。
【実施例】
【０１０８】
本開示を更に理解しやすくするために、複数の実施形態の特定の態様である以下の実施例が示されている。以下の実施例は、本開示の範囲全体を限定または定義するものとして解釈すべきではない。
【０１０９】
ＳＢＤＩラテックス
ＳＢＤＩラテックスを含む実施例では、スチレン−ブチルアクリレート−ジビニルベンゼン−２−イソプロペニルオキサゾリンラテックスは以下の特性を有していた。外観は乳白色エマルションであり、固体含量は３９．８％であり、比重は１．０５であり、ｐＨは８．２であり、ガラス転移温度は−５８°Ｆ（−５０℃）であった。
【０１１０】
セメントスラリー設計
表１にまとめられているように、スチレンブタジエンラテックスまたはＳＢＤＩラテックスと、他の添加剤とを含む、密度約１６．８ｐｐｇ（２．０１ｋｇ／ｌ）の水硬性セメントスラリーＡ〜Ｅを調製した。スチレン−ブタジエンラテックスを含有する水硬性セメントスラリーは、ＳＢＤＩラテックスを含むスラリーとの比較のために調製した。
表 1.  密度 16.8  ppg (2.01kg/l)のスラリー設計
0006410816.tif 000002
【０１１１】
また、表２にまとめられているように、スチレンブタジエンラテックスまたはＳＢＤＩラテックスと、他の添加剤とを含む、密度約１６．８ｐｐｇ（２．０１ｋｇ／ｌ）の水硬性セメントスラリーＦ〜Ｉを調製した。スチレン−ブタジエンラテックスを含有する水硬性セメントスラリーは、ＳＢＤＩラテックスを含むスラリーとの比較のために調製した。
表2.  密度 16.8  ppg (2.01kg/l)のスラリーの組成物
0006410816.tif 000003
【０１１２】
クラスＨセメントは水硬性セメントの分類である。他のクラスの水硬性セメントを使用してもよい。
【０１１３】
好ましくは、結晶性シリカ微粒子が坑井のセメンチング用の水硬性セメント組成物中に入れられる。これは、約５％ｂｗｏｃ〜約５０％ｂｗｏｃの範囲で入れることができ、通常は約１０％ｂｗｏｃ〜約３５％ｂｗｏｃの範囲で入れることができる。
【０１１４】
セメント遅延剤は、坑井用に使用される水硬性セメントスラリー中で、シックニングタイムを延ばすために任意選択的にかつ一般的に使用される。セメント遅延剤の例は、リグノスルホン酸塩と有機酸との混合物である。セメント遅延剤の他の例としては、これらに限定するものではないが、有機酸、リグノスルホン酸塩、リン酸塩、ホスホン酸塩、糖、カルボン酸ポリマー、及びホウ酸塩が挙げられる。セメント遅延剤の濃度は必要とされるシックニングタイムにより決定される。例えば、セメント遅延剤は、約０．０５％ｂｗｏｃ〜約５％ｂｗｏｃの範囲で含まれていてもよい。通常、セメント遅延剤は約０．１％ｂｗｏｃ〜約３％ｂｗｏｃの範囲で使用することができる。
【０１１５】
分散剤は、坑井用に使用される水硬性セメントスラリー中で任意選択的にかつ一般的に使用される。本実施例における分散剤は有機硫黄系製品である。分散剤の他の例としては、これらに限定するものではないが、ポリカルボン酸エーテル及びスルホン化ポリマーが挙げられる。例えば、分散剤は、約０．０１ガロン毎セメントサック（「ｇａｌ／ｓｋ」）〜約０．１ｇａｌ／ｓｋの範囲で含まれていてもよい。
【０１１６】
消泡剤は、坑井用に使用される水硬性セメントスラリー中で任意選択的にかつ一般的に使用される。本実施例における消泡剤はシロキサン系製品である。消泡剤の他の例としてはグリコールが挙げられる。例えば、消泡剤は、セメントに対して約０．０２ｇａｌ／ｓｋ〜約０．１ｇａｌ／ｓｋの範囲で含まれていてもよい。
【０１１７】
無機塩は添加剤として含まれていてもよく、あるいは食塩水などのように、水がその中に塩を有していてもよい。無機塩添加剤の目的の１つは、セメント組成物の密度を増加させることであってもよい。好適な無機塩の例としては、これらに限定するものではないが、塩化ナトリウム、塩化カリウム、及び他の塩が挙げられる。
【０１１８】
添加剤として、安定剤（界面活性剤）が含まれていてもよい。安定剤の目的の１つは、組成物の水中のラテックスの脱乳化を防止することである。
【０１１９】
レオロジー及び流体損失
セメントスラリーのレオロジーが測定された。ＦＡＮＮTM３５型が流体のレオロジー特性を測定するために使用される標準的な装置である。測定は、ＡＰＩ １０Ｂ−２／ＩＳＯ１０４２６−２のとおりに行われた。この粘度計はクエット構造を有する回転粘度計である。
【０１２０】
流体損失は次の通りに測定した。固体材料を秤量し、次いで混合流体にこれらを添加する前に十分に混ぜた。必要質量の混合水と液体添加剤が入った混合容器をミキサー台に置いた。４，０００ｒｐｍで混ぜながら、固体材料のブレンド物を一定の速度で１５分以内に添加した。混合水に全ての固体材料を添加した後、１２，０００ｒｐｍで３５秒混合を行った。混合後、スラリーを１分以内に大気圧コンシステンシー測定器の容器の中に入れ、２０分間、試験温度に条件を整えた。流体損失セルを取り付け、試験温度に予熱した。スラリーをセルの中に入れ、セルの上部バルブを圧力ラインと連結した。１，０００ｐｓｉ（６，８９５ｋＰａ）の圧力をかけ、ろ液を流体損失セルの底部バルブから集めた。３０分後に濾液の量を測定し、値を倍にした。
【０１２１】
セメントスラリー組成物Ａ〜Ｅのレオロジー分析及び流体損失分析が行われ、その結果が表３にまとめられている。この結果は、ＳＢＤＩラテックスの性能がスチレン−ブタジエンラテックスと少なくとも同等であることを示している。
表 3.  スラリーのレオロジー及び流体損失
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【０１２２】
沈降
沈降試験は次のように行った。確実に漏れを防止するために、また試験管にダメージを与えることなく凝結セメントを凝結後に取り出すことができるように、沈降試験管の内側及び全てのジョイントに薄くグリースを塗った。管はセメントに対して不活性であり、試験中に変形しない。試料スラリーを沈降管に流し込んだ。管を、蓋をしてオートクレーブセルの中に置き、その後３，０００ｐｓｉ（２０，７００ｋＰａ）の圧力を加えた。スラリーを試験温度で２４時間硬化させた。硬化後、オートクレーブチャンバーを約１２０°Ｆ（４９℃）まで冷却し、その後圧力を逃がした。セルから管を取り出し、水浴に入れることによって８０°Ｆ（２７℃）まで冷却した。凝結セメントを管から取り出し、上部、中間部、下部に印をつけた。セメントを各部分同じ大きさで３片にスライスした。各部分の重量を空気中及び水中で測定した。アルキメデスの原理を用いることによって、各部分の相対密度を計算した。
【０１２３】
沈降試験の結果は表４にまとめられている。これらの結果は、凝結セメントの密度の差異が許容範囲内であること、すなわち０．３ｐｐｇ（０．０３６ｋｇ／ｌ）以内であることを示している。
表 4.  220 °F (104°C)での沈降試験
0006410816.tif 000005
【０１２４】
シックニングタイム、圧縮強度、及び破壊強度
スチレン−ブタジエンラテックスまたはＳＢＤＩラテックスを含有するセメントスラリーのシックニングタイムは、１８０°Ｆ（８２℃）、１０，５００ｐｓｉ（７２，４００ｋＰａ）で測定した。
【０１２５】
圧縮強度の発現は、１８０°Ｆ（８２℃）でＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｃｅｍｅｎｔ  Ａｎａｌｙｚｅｒを用いて測定した。スラリー試料をＵｌｔｒａｓｏｎｉｃ  Ｃｅｍｅｎｔ  Ａｎａｌｙｚｅｒのセルの中に流し込んだ。３，０００ｐｓｉ（２０，７００ｋＰａ）の圧力をかけ、機械で温度スケジュールをプログラムした。養生期間は、伝搬時間の記録と、温度及び圧力をかけることから始まり、試験が終了するまで続く。伝搬時間は、超音波シグナルが装置のトランスデューサー間を伝搬する時間である。伝搬時間は、セメントスラリー中よりも固体凝結セメント中の方が短い。試験中の伝搬時間の変化は内蔵の装置によって圧縮強度に変換された。
【０１２６】
破壊強度は次のように測定した。スラリーを２．０インチ（５．１ｃｍ）×２．０インチ（５．１ｃｍ）のサイズのモールドに流し込んだ。モールドをオートクレーブのセルの中に置き、３，０００ｐｓｉ（２０，７００ｋＰａ）の圧力をかけた。機械で温度スケジュールをプログラムした。スラリーを１８０°Ｆ（８２℃）で９６時間硬化した後、加熱チャンバーを１２０°Ｆ（４９℃）まで冷まし、その後圧力を逃がした。硬化したセメント試料をモールドから取り出し、８０°Ｆ（２７℃）になるまで冷却した。硬化試料を油圧プレスを使用して破砕し、室温で破壊強度を測定した。
【０１２７】
シックニングタイム、圧縮強度、及び破壊強度の結果は表５にまとめられている（図１〜６参照）。
表 5.  試料の圧縮強度及び破壊強度
0006410816.tif 000006
*３測定の平均値
【０１２８】
表５の結果は、ＳＢＤＩラテックススラリーのシックニングタイムがスチレン−ブタジエンラテックススラリーのシックニングタイムと同等であることを示している。ＳＢＤＩラテックスは、スチレン−ブタジエンラテックスと比べて早期に５０ｐｓｉ（３４５ｋＰａ）の圧縮強度を発現させる。ＳＢＤＩラテックススラリーの４８時間時点の終局強度は、スチレン−ブタジエンラテックススラリーの約半分であった。ラテックススラリーの圧縮強度の値を調べるためには、破壊強度を調べることが望ましい。そのため、１８０°Ｆ（８２℃）で９６時間、スラリーを硬化することによって破壊強度を測定した。結果は、ＳＢＤＩラテックスを含有するセメントの破壊強度がスチレン−ブタジエンラテックスのものよりもわずかに低いことを示している。これは、ＳＢＤＩラテックスによって凝結セメントに付与される弾性によるものであろう。
【０１２９】
機械特性−ヤング率及び破断ひずみ
凝結セメント試料の機械特性を、伸び計を備えた油圧プレス（万能試験機）を用いて測定した。軸方向ひずみ及び径方向ひずみの両方について、内臓のソフトウェアから応力−ひずみデータを得た。ヤング率は軸応力−軸ひずみ曲線の直線部の傾きである。
【０１３０】
測定はＡＳＴＭ  ７０１２−１０に従って行った。（１）セメント試料をＬ／Ｄ比が２の円柱状に硬化した。（２）円柱の表面を薄く切って平らな表面を得た。（３）これらの試料に印をつけて伸び計と位置合わせをする。軸方向の伸び計は中心から等距離に置いた。（４）試料を一軸圧縮強度について試験し、軸方向ひずみのデータを取得した。（５）このデータを応力対ひずみとしてプロットした。曲線の直線部の傾きがヤング率を与える。（６）上の実験は破断ひずみも与える。これは、試料が破断する時点のひずみである。
【０１３１】
スチレン−ブタジエンラテックスまたはＳＢＤＩラテックスを含有するセメントスラリーを調製し、１８０°Ｆ（８２℃）、３，０００ｐｓｉ（２，７００ｋＰａ）で９６時間硬化した。
【０１３２】
硬化セメント円柱体の寸法は、直径２インチ（５．１ｃｍ）、長さ５インチ（１２．７ｃｍ）であった。試料を、伸び計を備えた油圧プレスで破砕した。結果を分析してヤング率（１Ｍｐｓｉは百万ｐｓｉである）、破断ひずみ、及び圧縮強度を得た。結果は表６にまとめられている（図７〜８参照）。これらの結果は、ＳＢＤＩラテックスを含有するセメントはスチレン−ブタジエンラテックスのセメントよりもより優れた弾性を示すということを示している。
表 6.  試料のヤング率
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【０１３３】
結論
以上から、本開示は、言及した目的及び利点、並びにこれらに内在する目的及び利点を得るのに非常に適している。
【０１３４】
本明細書で開示した例示的な流体は、直接的または間接的に、１つ以上の成分に、または開示した流体の調製、移送、回収、リサイクル、再使用、または廃棄に関係する装置の１つ１つに、影響を与える場合がある。例えば、開示した流体は、直接的または間接的に、例示した流体の生成、貯蔵、観察、調整、または再生に使用される、１つ以上のミキサー、関連する混合装置、泥溜め、貯蔵設備若しくはユニット、流体分離装置、熱交換器、センサー、ゲージ、ポンプ、コンプレッサーなどに影響を与える場合がある。開示した流体は、直接的または間接的に、例えば流体を１つの場所から他の場所へ流体状で動かすために使用される任意の輸送容器、導管、パイプライン、トラック、管、またはパイプなどの、坑井現場へもしくは坑底へ流体を運ぶために使用される任意の輸送装置または移送装置、流体を動かすために使用される任意のポンプ、コンプレッサー、もしくはモーター（例えば上部または坑底）、流体の圧力もしくは流速を制御するために使用される任意のバルブもしくは関連するジョイント、任意のセンサー（すなわち圧力及び温度）、ゲージ、またはこれらの組み合わせなどに影響を与える場合もある。開示した流体は、直接的または間接的に、ドリルストリング、コイルドチュービング、ドリルパイプ、ドリルカラー、マッドモーター、ダウンホールモーター、またはポンプなど（ただしこれらに限定されない）の、薬品／流体と接触する可能性がある様々なダウンホール設備及び工具、フロート、ＭＷＤ／ＬＷＤツール、及び関連する遠隔装置、ドリルビット（ローラーコーン、ＰＤＣ、天然ダイヤモンド、開孔具、リーマー、コアリングビットを含む）、センサー若しくは分散型センサー、ダウンホール熱交換器、バルブ及び関連する作動装置、工具シール、パッカー、及び他の坑井孔分離装置または構成要素などに影響を与える場合もある。
【０１３５】
本開示は、本明細書の教示の利益を有する当業者にとって明白な、異なるが均等な方法に修正または実施でき、上に開示した具体的な実施形態は例示的なものに過ぎない。したがって、上に開示した具体的な例示実施形態は変更または修正可能であり、全てのそのようなバリエーションが本開示の範囲に含まれると考えられることは明白である。
【０１３６】
開示した要素または工程にかかる様々な要素または工程は、本開示から得られる効果及び利益を増やすために、工程の要素または手順の様々な組み合わせまたは部分的組み合わせで有利に組み合わせたり、同時に実施したりすることができる。
【０１３７】
明示的に特段の記載がない限り、１つ以上の上述の実施形態は、１つ以上の他の実施形態と組み合わせてもよいことが理解されるであろう。
【０１３８】
例示した開示は、具体的に開示されていないまたは請求項に記載されていない任意の要素または工程を欠いて実施することができる。
【０１３９】
更に、請求項に記載以外の、本明細書に示されている構成、組成、設計、または工程の詳細に限定することは意図されていない。
本発明の好ましい態様は、下記の通りである。
〔１〕
（ｉ）水硬性セメントと、
（ｉｉ）オキサゾリン基を有する少なくとも１種のモノマーを含むポリマーと、
を含有する組成物。
〔２〕前記ポリマーが少なくとも１種のモノ−ビニルモノマーと少なくとも１種のジ−ビニルモノマーとを含む、前記〔１〕に記載の組成物。
〔３〕前記モノ−ビニルモノマーが、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、２−イソプロペニル−２−オキサゾリン、スチレン、アクリロニトリル、アルキルビニルエーテル、及びアルコキシビニルエーテルからなる群から選択される、前記〔２〕に記載の組成物。
〔４〕前記ジ−ビニルモノマーが、アルカンジオールジアクリレート、アルカンジオールジメタクリレート、アルケングリコールジアクリレート、アルケングリコールジメタクリレート、アルカンジオールジビニルエーテル、アルケングリコールジビニルエーテル、ジビニルベンゼン、アリルメタクリレート、及びアリルアクリレートからなる群から選択される、前記〔２〕に記載の組成物。
〔５〕前記ポリマーがスチレン、アクリル酸ブチル、ジビニルベンゼン、及び２−イソプロペニル−２−オキサゾリンのモノマーを含む、前記〔１〕に記載の組成物。
〔６〕前記ポリマー中の前記モノマーのモル比が、スチレン約１０％〜約３５％、アクリル酸ブチル約２５％〜約６０％、ジビニルベンゼン約２％〜約１５％、２−イソプロペニル−２−オキサゾリン約１０〜約４０％の範囲である、前記〔５〕に記載の組成物。
〔７〕前記ポリマーがラテックスの形態である、前記〔１〕に記載の組成物。
〔８〕前記水硬性セメントがポルトランドセメントを含む、前記〔１〕に記載の組成物。
〔９〕前記水硬性セメント組成物が水を含み、スラリーの形態である、前記〔４〕に記載の組成物。
〔１０〕シリカ微粒子、遅延剤、分散剤、無機塩、安定剤、消泡剤、フライアッシュ、及び加重剤からなる群から選択される１つ以上の添加剤を更に含有する、前記〔１〕〜〔９〕のいずれか１項に記載の水硬性セメント組成物。
〔１１〕
（Ａ）（ｉ）水硬性セメントと、
（ｉｉ）オキサゾリン基を有する少なくとも１種のモノマーを含むポリマーと、
（ｉｉｉ）水と、
を含有する水硬性セメント組成物を形成すること、及び、
（Ｂ）坑井中に前記水硬性セメント組成物を導入すること、
を含む、坑井中のセメンチング方法。
〔１２〕前記ポリマーが少なくとも１種のモノ−ビニルモノマーと少なくとも１種のジ−ビニルモノマーとを含む、前記〔１１〕に記載の方法。
〔１３〕前記モノ−ビニルモノマーが、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、２−イソプロペニル−２−オキサゾリン、スチレン、アクリロニトリル、アルキルビニルエーテル、及びアルコキシビニルエーテルからなる群から選択される、前記〔１２〕に記載の方法。
〔１４〕前記ジ−ビニルモノマーが、アルカンジオールジアクリレート、アルカンジオールジメタクリレート、アルケングリコールジアクリレート、アルケングリコールジメタクリレート、アルカンジオールジビニルエーテル、アルケングリコールジビニルエーテル、ジビニルベンゼン、アリルメタクリレート、及びアリルアクリレートからなる群から選択される、前記〔１２〕に記載の方法。
〔１５〕前記ポリマーがスチレン、アクリル酸ブチル、ジビニルベンゼン、及び２−イソプロペニル−２−オキサゾリンのモノマーを含む、前記〔１１〕に記載の方法。
〔１６〕前記ポリマー中の前記モノマーのモル比が、スチレン約１０％〜約３５％、アクリル酸ブチル約２５％〜約６０％、ジビニルベンゼン約２％〜約１５％、２−イソプロペニル−２−オキサゾリン約１０〜約４０％の範囲である、前記〔１５〕に記載の方法。
〔１７〕前記ポリマーがラテックスの形態である、前記〔１１〕に記載の方法。
〔１８〕前記水硬性セメントがポルトランドセメントを含む、前記〔１１〕に記載の方法。
〔１９〕前記水硬性セメント組成物が水を含み、スラリーの形態である、前記〔１１〕に記載の方法。
〔２０〕前記水硬性セメント組成物が、シリカ微粒子、遅延剤、分散剤、無機塩、安定剤、消泡剤、フライアッシュ、及び加重剤からなる群から選択される１つ以上の添加剤を更に含有する、前記〔１１〕〜〔１９〕のいずれか１項に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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