(57)【要約】  坑井内の喪失循環を低減するための方法の実施形態は、第１および第２の端部と、外径および内径とを備える導管を坑井内に挿入することと、チキソトロピックセメントスラリーをポンプ送達することであって、チキソトロピックセメントスラリーが、せん断無しで粘度が増加し、せん断有りで粘度が減少し、導管を通って坑井内に入るチキソトロピックセメントスラリーが、１ガロン当たり１２．６９ポンド超の密度を有するとき、０．３以下のべき乗指数値を有し、チキソトロピックセメントスラリーが、少なくとも１つのセメント、少なくとも１つの増粘剤、混合水、および１つ以上の強度促進添加剤を含む、ポンプ送達することと、を含む。本方法は、チキソトロピックセメントスラリーを坑井内で硬化させて、プラグを作成することと、坑井から導管を取り外すことと、坑井内のプラグを介して喪失循環を低減することと、をさらに含む。
2020536985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
坑井内の喪失循環を低減する方法であって、
第１および第２の端部と、外径および内径とを備える導管を前記坑井内に挿入することと、
チキソトロピックセメントスラリーをポンプ送達することであって、前記チキソトロピックセメントスラリーが、せん断無しで粘度が増加し、せん断有りで粘度が減少し、前記導管を通って前記坑井内に入る前記チキソトロピックセメントスラリーが、１ガロン当たり１２．６９ポンド超の密度を有するとき、０．３以下のべき乗指数値を有し、前記チキソトロピックセメントスラリーが、少なくとも１つのセメント、少なくとも１つの増粘剤、混合水、および１つ以上の強度促進添加剤を含む、ポンプ送達することと、
前記チキソトロピックセメントスラリーを前記坑井内で硬化させて、プラグを作成することと、
前記坑井から前記導管を取り外すことと、
前記坑井内の前記プラグを介して喪失循環を低減することと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記導管がパイプであり、前記内径が２．５５１インチ〜５．８７５インチの範囲を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記セメントがポルトランドセメントを含み、前記増粘剤がベントナイトを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記強度促進添加剤が、ケイ酸ナトリウムまたはメタケイ酸ナトリウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記チキソトロピックセメントスラリーが、少なくとも１つの分散剤、少なくとも１つの消泡剤、または少なくとも１つの加硫遅延剤をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記チキソトロピックセメントスラリーが、
坑底循環温度で毎分３回転で９センチポアズ超のせん断応力、または
坑底循環温度での１０秒でのゲル強度の２倍より大きい坑底循環温度での１０分での前記ゲル強度のうちの少なくとも１つを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記チキソトロピックセメントスラリーが、
予備水和されたセメントの１重量パーセント〜５重量パーセントの範囲の量のベントナイト、または
予備水和されたセメントの０．５重量パーセント〜３重量パーセントの範囲の量のメタケイ酸ナトリウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記プラグは、前記導管の体積を０．７の係数で割ることにより計算された最大体積を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記導管の前記外径が、前記坑井の直径を２．２５で割ったものに等しい、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記導管を損失ゾーンでのまたはそれより上の指定された深さに挿入することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記チキソトロピックセメントスラリーをポンプ送達する前に、前記導管を通してスペーサー流体をポンプ送達することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記チキソトロピックセメントスラリーに続いて、前記導管を通してスペーサー流体をポンプ送達することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記導管を通して前記チキソトロピックセメントスラリーをポンプ送達することと、前記導管を通して掘削泥をポンプ送達することと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記導管を通して前記チキソトロピックセメントスラリー、前記掘削泥、または前記スペーサー流体のうちの少なくとも１つをポンプ送達しながら、前記導管の第２の端部が前記プラグより上になるまで、前記導管を取り外すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記掘削泥が前記導管の上方に流れるように、前記掘削泥を前記導管の外側の前記坑井の下方にポンプ送達することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、参照によりその全体が組み込まれる、２０１７年１０月１０日に申請された米国仮特許出願第６２／５７０，３８３号に対する優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本開示の実施形態は、一般に、天然資源井戸掘削、およびより具体的には、坑井の喪失循環ゾーンを分離するための組成物および方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
地下の燃料源を抽出するには、地表から燃料を収容する地下地層まで穴を掘削する必要があり得る。穿孔を形成し、燃料を抽出するために、特殊な掘削技術および材料が利用される。掘削作業で利用される特殊な材料には、特定のダウンホール条件に合わせて策定され得る、坑井のケーシング−ケーシング環を密閉するための材料が含まれる。
【０００４】
坑井は、炭化水素を含む地下層へのアクセスを可能にするために、地表から地表の下の場所まで伸びる穴である。坑井は、坑井の内部を地表につなぐ流体導管の少なくとも一部分を含む。坑井の内部を地表に接続する流体導管は、地表上の機器と坑井の内部との間のアクセスを可能にし得る。流体導管は、坑井に挿入され、坑井に固定された１つ以上の管状ストリング（例えば、ケーシングまたはチューブ）により画定され得る。
【０００５】
坑井の掘削、坑井のセメント、またはそれらの両方において、喪失循環ゾーンに遭遇する可能性があり、掘削流体またはセメント組成物の損失をもたらし得る。喪失循環ゾーンでは、掘削流体またはセメント組成物が坑井から流出し、周囲の地下層に流れ込む。喪失循環ゾーンにより、喪失流体を取り替えるための材料コストおよび喪失循環ゾーンを修復するためのダウンタイムの増加により、井戸のコストが増加し得る。喪失循環ゾーンは、喪失循環材料を喪失循環ゾーンに導入して、喪失循環ゾーンを密閉し、さらなる流体の喪失を防ぐことにより修復され得る。
【０００６】
井戸建設作業中、喪失循環ゾーンを分離するために使用される従来のセメント組成物および従来の配置方法は、しばしば地層への高い流体損失をもたらす。
【発明の概要】
【０００７】
したがって、井戸建設中にセメントプラグを形成して、喪失循環を修復または分離するための効果的なセメントスラリーおよび配置方法が必要である。この要件は、チキソトロピックセメントスラリーのための本チキソトロピックセメントスラリーと本配置方法（以下、「ポンプ送達および引き抜き配置方法」とも呼ばれる）との組み合わせにより満たされ、ここで、チキソトロピックセメントスラリーは、少なくとも１つのセメント、少なくとも１つの増粘剤、混合水、および１つ以上の強度促進添加剤を含む。
【０００８】
一実施形態に従って、坑井内の喪失循環を低減する方法が提供される。本方法は、第１および第２の端部と、外径および内径とを備える導管を坑井内に挿入することと、導管を通してチキソトロピックセメントスラリーを坑井内にポンプ送達することとを含む。本明細書で使用する場合、「チキソトロープ性」は、チキソトロピックセメントスラリーが、せん断無しで粘度が増加し、せん断有りで粘度が減少し、チキソトロピックセメントスラリーが、１ガロン当たり１２．６９ポンド超の密度を有するとき、０．３以下のべき乗指数値を有することを意味する。チキソトロピックセメントスラリーは、少なくとも１つのセメント、少なくとも１つの増粘剤、混合水、および１つ以上の強度促進添加剤を含む。本方法は、チキソトロピックセメントスラリーを坑井内で硬化させて、プラグを作成することと、坑井から導管を取り外すことと、坑井内のプラグを介して喪失循環を低減することと、をさらに含む。
【０００９】
理論に制限されることなく、これらの方法は、ほとんどの井戸で損失を分離するために必要な施栓の試みの回数を低減することによりセメントスラリーのコストを低減し、同様に、従来の施栓の試みと比較してリグの非生産時間をより短縮することを通して価値の認識を可能にする。この方法論は、オンショア環境およびオフショア環境の両方で機能する。ポンプ送達および引き抜きにより、従来の方法で経験した過度の静水圧および過剰バランス無しにプラグを配置できる。
【００１０】
記載された実施形態のさらなる特徴および利点は、以下の発明を実施するための形態に記載され、一部はその説明から当業者に容易に明白であるか、または以下の発明を実施するための形態、ならびに特許請求の範囲を含む記載された実施形態を実施することにより認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
図面に示される実施形態は、本質的に例証および例示であり、特許請求の範囲により定義される主題を限定することを意図するものではない。以下の例証的な実施形態の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照番号で示されている以下の図面と併せて読むと理解され得る。
【００１２】
【図１Ａ】本開示の１つ以上の実施形態による、ポンプ送達および引き抜き方法を示す概略図である。
【図１Ｂ】本開示の１つ以上の実施形態による、ポンプ送達および引き抜き方法を示す概略図である。
【図１Ｃ】本開示の１つ以上の実施形態による、ポンプ送達および引き抜き方法を示す概略図である。
【図１Ｄ】本開示の１つ以上の実施形態による、ポンプ送達および引き抜き方法を示す概略図である。
【図２】本開示に記載の１つ以上の実施形態による、温度、圧力、粘稠度、およびモーター速度を時間に対してプロットすることによる、チキソトロピックセメントスラリーの性能のグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示全体で使用される場合、「環」という用語は、坑井とケーシングとの間、またはケーシングとチューブとの間など、流体が流れ得る２つの同心または偏心物体間の空間を指す。
【００１４】
本開示全体で使用される場合、「噴出防止装置」またはＢＯＰという用語は、掘削作業員が地層流体の制御を失う場合に閉じられ得る井戸の上部にある大きなバルブを指す。このバルブを閉じることにより（通常、油圧アクチュエータを介してリモートで操作される）、掘削作業員は通常、貯留槽の制御を取り戻し、次いで、ＢＯＰを開き、地層の圧力制御を維持できるようになるまで、泥の密度を増加する手順が開始され得る。ＢＯＰには、さまざまなスタイル、サイズ、および圧力定格がある。いくつかは、開いた坑井で効果的に閉じることができ、いくつかは井戸内の管状構成要素（掘削パイプ、ケーシング、またはチューブ）の周りを密閉するように設計され、他は実際に掘削パイプを切断し得る硬化鋼せん断表面を備える。ＢＯＰは作業員、リグ、および坑井自体の安全にとって非常に重要であるため、ＢＯＰはリスク評価、現地の慣行、井戸の種類、および法的要件の組み合わせにより決定される定期的な間隔で検査、試験、および改修される。ＢＯＰ試験は、重要な井戸での毎日の機能試験から、井戸制御問題の可能性が低いと考えられる井戸での毎月またはより低頻度の試験までさまざまである。
【００１５】
本開示全体で使用される場合、「穿孔」という用語は、井戸の開放孔または覆われていない部分を含む、坑井自体を指す。穿孔は、掘削孔の境界となる岩盤面である坑井壁の内径を指す場合がある。
【００１６】
本開示全体で使用される場合、「セメントヘッド」という用語は、非リグ機器からの流体循環ラインの接続を可能にするケーシングストリングの上部ジョイントに取り付けられたデバイスを指す。
【００１７】
本開示全体で使用される場合、「チョーク」という用語は、流体流量または下流システム圧力を制御するために使用されるオリフィスを組み込んだデバイスを指す。チョークは、固定および調整可能な両方の操作モード用にいくつかの構成で利用できる。調整可能なチョークにより、プロセスまたは生産の要件に合わせて、流体流および圧力のパラメーターを変更できる。固定チョークはこの柔軟性を提供しないが、長時間の操作または研磨流体の生成下での浸食に対してより耐性がある。
【００１８】
本開示全体で使用される場合、「チョークライン」という用語は、ＢＯＰ積層の出口から背圧チョークおよび関連するマニホルドにつながる高圧パイプを指す。井戸制御操作中、坑井内の圧力下にある流体は、井戸からチョークラインを通ってチョークに流れ、流体圧を大気圧に低減する。フローティングオフショア操作では、チョークラインおよびキルラインが海中ＢＯＰ積層を出て、次いで、掘削ライザーの外側に沿って地表まで伸びる。井戸を適切に制御するには、これらの長いチョークラインおよびキルラインの体積効果および摩擦効果を考慮する必要がある。
【００１９】
本開示全体で使用される場合、「迂回装置」という用語は、環から流体を放出し、掘削中に地層流体が予期せず流入した場合に流れをリグの人員および機器から迂回するために導体ケーシングに設置された導管を指す。
【００２０】
本開示全体で使用される場合、「掘削ストリング」という用語は、掘削パイプ、坑底アセンブリ、および坑井内にセメントを配置するために使用される任意の他のツールの組み合わせを指す。
【００２１】
本開示全体で使用される場合、「流体」という用語は、液体、気体、またはそれらの両方を含み得る。本開示全体で使用される場合、「スペーサー流体」は、井戸生産で利用される任意の他の２つの材料を離間するために利用される流体を指す。
【００２２】
本開示全体で使用される場合、「炭化水素含有地層」という用語は、地下地質領域から抽出され得る原油、炭化水素ガス、またはそれらの両方などの炭化水素を含有する地下地質領域を指す。
【００２３】
本開示全体で使用される場合、「キルライン」という用語は、ＢＯＰ積層の出口から高圧リグポンプにつながる高圧パイプを指す。通常の井戸制御操作中に、キルウェイト流体が掘削ストリングを通してポンプ送達され、環状流体が井戸からチョークラインを通ってチョークまで取り出され、流体圧が大気圧に低下する。掘削パイプにアクセスできない場合は、井戸の上部に重い掘削流体をポンプ送達し、流体が重力で落下するのを待ってから、環から流体を取り除く必要があり得る。このような操作では、１本の高圧ラインでも十分であるが、２本の高圧ラインを有する方がより便利である。さらに、これは、操作の冗長性の尺度を提供する。フローティングオフショア操作では、チョークラインおよびキルラインが海中ＢＯＰ積層を出て、ライザーの外側に沿って水面まで流れる。井戸を適切に制御するには、これらの長いチョークラインおよびキルラインの体積効果および摩擦効果を考慮する必要がある。
【００２４】
本開示全体で使用される場合、「キルウェイト流体」という用語は、坑井内の流入点で静水圧を生成し、井戸への流れを遮断するのに十分に高い密度の泥を指す。井戸の制御の喪失または噴出を避けるために、必要に応じて、キルウェイト泥を迅速に利用できるようにする必要がある。したがって、それは通常、重晶石または赤鉄鉱を追加することにより、システム内または保管中の泥の一部を加重することにより行われる。事前に希釈しない限り、泥は非常に厚くなり、高固形分負荷に起因してポンプで送達できない可能性がある。重量増加パイロット試験では、ピット内の泥に重量材料を追加する前に、希釈が必要かどうか、およびどの程度希釈が必要かを特定できる。
【００２５】
本開示全体で使用される場合、「ライナー」という用語は、ケーシングストリングを指し、これは、坑井の上部まで伸びないが、代わりに前のケーシングストリングの底部の内部から固定または吊り下げられる。
【００２６】
本開示全体で使用される場合、「泥重量」という用語は、掘削流体の単位体積当たりの質量を指し、泥密度と同義である。泥重量は、坑井内の静水圧を制御し、井戸への望ましくない流れを防ぐ。泥の重量は、ケーシングおよび開放孔の崩壊も防ぐ。過度な泥重量は、伝播して、岩の割れ目を埋めることにより喪失循環を引き起こし得る。
【００２７】
本開示全体で使用される場合、用語「開放孔」は、井戸の覆われていない部分を指す。
【００２８】
本開示を通して使用される場合、用語「過剰バランス」は、開放孔またはケーシングまたはライナー内部の静水圧が貯留槽圧力よりも大きい井戸を指す。
【００２９】
本開示全体で使用される場合、「スタンド」という用語は、トリッピング操作中に一緒にねじ込まれたままである掘削パイプまたは掘削カラーの２つまたは３つの単一ジョイントを指す。
【００３０】
本開示全体で使用されるように、「トップドライブ」という用語は、掘削ストリングを回すデバイスを指す。それは、羽軸根と呼ばれるパイプの短い部分に適切な伝動装置で接続され、同様に、セーバーサブまたは掘削ストリング自体にねじ込まれ得る１つ以上のモーター（電動または油圧）で構成される。トップドライブがフックから吊り下げられているため、回転機構はデリックを上下に自由に移動する。
【００３１】
本開示全体で使用される場合、「トリップ」という用語は、掘削ストリングを穴から引き抜くか、または穴の中に取り替える行為を指す。通常、パイプトリップは、ビットが鈍くなっているか、さもなければ効率的に掘削するのをやめ、取り替える必要があるために行われる。
【００３２】
本開示全体で使用される場合、「ワークストリング」という用語は、井戸内の配管ストリングまたは導管を記述するために使用される一般的な用語である。
【００３３】
先に見たように、本開示の実施形態は、チキソトロピックセメントスラリー、およびチキソトロピックセメントスラリーを利用することにより坑井内の喪失循環を低減する方法に関する。本方法は、第１および第２の端部と、外径および内径とを備える導管を坑井内に挿入することと、導管を通してチキソトロピックセメントスラリーを坑井内にポンプ送達することとを含む。
【００３４】
チキソトロピックセメントスラリーは、少なくとも１つのセメント、少なくとも１つの増粘剤、混合水、および１つ以上の強度促進添加剤を含む。本方法は、チキソトロピックセメントスラリーを坑井内で硬化させて、プラグを作成することと、坑井から導管を取り外すことと、坑井内のプラグを介して喪失循環を低減することと、をさらに含む。
【００３５】
流体導管は、坑井内に設置された管状ストリングにより画定され得る。坑井環は、管状ストリングの外表面と坑井壁との間に画定された体積を有する。坑井掘削が継続し、坑井が地下層のより深部に伸びるにつれて、最初の管状ストリングにより画定された流体導管内に１つ以上の追加の管状ストリングが設置され得る。追加の管状ストリングは、追加の管状ストリングが配置される管状ストリングの内部断面寸法よりも小さい外部断面寸法を有し得る。したがって、追加の管状ストリングは、坑井に設置されると、追加の管状ストリングの外部表面と追加の管状ストリングを取り囲む管状ストリングの内部表面との間に画定されるケーシング−ケーシング環を形成し得る。したがって、掘削が完了し、坑井に生産用の生産管が取り付けられた後、坑井は、坑井環および複数のケーシング−ケーシング環を形成する漸進的により小さい断面寸法の複数の管状ストリングを備え得る。
【００３６】
理論に制限されることなく、チキソトロピックセメントスラリーの主な用途は、坑井建設の掘削段階での喪失循環の軽減のためである。掘削中の循環流体の有効密度が、所定の深さで地層破壊圧力を超えると、喪失循環がより一般的に起こる。チキソトロピックスラリーの密度の選択は、坑井の操作条件に応じて個別に行われる。これは、坑底圧、温度、泥の重量、および損失率の関数である。
【００３７】
チキソトロピックセメントスラリーは、坑井内の異なるダウンホール条件の範囲の下で、環を密閉するか、または坑井を修復するために使用され得る。例えば、いくつかの実施形態では、チキソトロピックセメントスラリーは、チキソトロピックセメントスラリーの密度、粘度、硬化時間、または他の特性を修正することにより、異なるダウンホール条件に適合され得る。
【００３８】
従来のプラグセメントスラリーはチキソトロープではないため、１＞ｎ＞０．３のセメントの流動挙動指数および１２．６９ｐｐｇ超の密度を有する。流動挙動指数が１未満の場合、流体は擬似塑性として分類され、すべてのセメントはこのカテゴリーに分類される。比較すると、チキソトロピックセメントスラリーは、ｎ≦０．３のセメントの流動挙動指数および１２．６９ｐｐｇ超の密度を有する。
【００３９】
チキソトロピックセメントスラリーは、坑井内に配置される場合、チキソトロープ挙動を示す。チキソトロープ挙動は、動的条件（誘導力）中の流動性、および静的（外力無し）での急速なゲル強度の発達の特性である。増粘剤は、マトリックス内の間隙水の最小粘度、沈降を防ぐ安定性、およびチキソトロープ挙動の主要成分を提供する。強度促進添加剤は、安定性を補完し、遷移時間（液体からゲル化状態までの時間）を改善し、セメントの増粘時間を制御する二次チキソトロープ改質剤として機能し得る。
【００４０】
セメント、増粘剤、および強度促進添加剤のさまざまな成分が企図される。セメントは、ポルトランドセメント、アルミナセメント、高炉スラグセメント、およびポゾランセメントのうちの１つ以上を含み得る。特定の実施形態では、セメントは、ポルトランドセメントを含む。増粘剤は、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、グアーガム、ヒドロキシプロピルグアー、キサンタンガム、ベントナイト、ヘクトライト、およびセポライトベントナイトのうちの１つ以上を含み得る。特定の実施形態では、増粘剤は、ベントナイトを含む。増粘剤に関して、さまざまな量が企図される。例えば、増粘剤は、予備水和されたセメント（ＢＷＯＣ）の１〜５重量％の範囲の濃度で混合水に添加され得る。
【００４１】
強度促進添加剤は、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、トリエタノールアミン、ケイ酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム、およびアルミン酸ナトリウムのうちの１つ以上を含み得る。特定の実施形態では、強度促進添加剤は、メタケイ酸ナトリウムおよびケイ酸ナトリウムを含む。さまざまな量が適切と見なされるが、強度促進添加剤は、予備水和されたＢＷＯＣの０．５〜３％またはセメント１００袋当たり２〜１５ガロン（ｇｐｈｓ）の範囲の濃度で混合水に添加され得る。チキソトロピックセメントスラリーはまた、淡水、低塩水、または海水のうちの少なくとも１つから選択される混合水も含み得る。
【００４２】
混合水質に起因して、消泡剤および分散剤が、スラリー設計の性能特性を達成するためにチキソトロピックセメントスラリーに添加され得る。増粘時間を調整するために加硫遅延剤が追加され得る。いくつかの実施形態において、チキソトロピックセメントスラリーは、１２．０〜１５．０ｐｐｇの密度を有し得る。
【００４３】
チキソトロピックセメントスラリーは、粘度の蓄積がチキソトロピックセメントスラリーをポンプ送達することができないなどの移送問題を引き起こすのに十分である前に、チキソトロピックセメントスラリーを坑井、修復ゾーン、または坑井の他の領域に移送または導入することを可能にするのに十分な増粘時間を有し得る。
【００４４】
さらに、チキソトロピックセメントスラリーは、広範囲の温度および圧力に耐え得る。例えば、チキソトロピックセメントスラリーは、摂氏４．４度（℃）〜１２１℃の温度で適用することができる。硬化したチキソトロピックセメントプラグは、１平方インチ当たり最大１０，０００ポンド（ｐｓｉ）の力（１ｐｓｉは６．８９５キロパスカル（ｋＰａ）に等しい）の圧力に耐え得る場合がある。
【００４５】
チキソトロピックセメントスラリーのレオロジーおよび密度は、井戸の要件および井戸のダウンホール条件に応じて、広範囲の値にわたって調整され得る。チキソトロピックセメントスラリーの最終密度は、密閉されるゾーンの地下層の地質に依存し得る。チキソトロピックセメントスラリーは、チキソトロピックセメントスラリーが坑井壁または外側ケーシングの内部表面に静水圧を加えて、坑井を支持できるようにするのに十分な密度を有し得る。
【００４６】
チキソトロピックセメントスラリーは、チキソトロピックセメントスラリーのポンプ送達能力を維持して、積層パイプの問題を防ぐのに十分である、坑底循環温度（ＢＨＣＴ）でのゲル強度を有し得る。ゲル強度は、流体が静止状態に維持される間の定義された期間に続いて、低せん断速度で測定された流体のせん断応力を指す。いくつかの実施形態では、１０分でのスラリーのゲル強度は、１０秒でのスラリーのゲル強度の２倍より大きい場合がある。１０秒のゲル強度および１０分のゲル強度は、本開示において後に記載される試験方法に従って測定され得る。チキソトロピックセメントスラリーは、坑底循環温度で毎分３回転で９センチポアズ超のせん断応力を有する場合がある。
【００４７】
さらなる実施形態において、ポンプ送達および引き抜き方法においてチキソトロピックセメントスラリーと組み合わせて使用されるスペーサー流体は、坑井流体タイプ（水ベース、油ベース、合成ベース）およびチキソトロピックセメントスラリーの両方の間の適合性のために修正された非加重流体である。組成物は、淡水、海水、または水湿潤を確実にするための界面活性剤パッケージを有する基油の主要成分であり得る。スペーサー流体の体積は、損失の深刻さ、坑井の流体密度、セメント密度、および坑底の状態に応じて、５０〜４００バレル（ｂｂｌ）の範囲であり得る。
【００４８】
ポンプ送達および引き抜き配置方法は、坑井内の損失を硬化させる硬化チキソトロピックセメントスラリープラグの成功を最適化する配置手法である。本方法は、チキソトロピックセメントスラリーと組み合わせてスペーサー液を利用する。それは、掘削坑底アセンブリまたはワークストリングを通して実行され得、上部ドライブおよび迂回装置または噴出防止装置の操作が組み込まれる。ポンプ送達および引き抜き方法を使用してプラグの配置を確実に成功させるために必要である特定の計算がある。本方法は、垂直、逸脱、および水平を含むすべての坑井軌道に有効である。
【００４９】
従来の配置方法は、坑井内の一定の深さに配置された導管を含み、それを通してスペーサー流体およびセメントが環にポンプ送達される。これらの流体は、後続のスペーサーおよび排水流体により排水される。導管は配置全体において移動せず、導管の内側および外側の流体レベルがバランス点にあるときに配置が完了する。例に限定されることなく、ポンプ送達および引き抜き配置方法は、例示的な実施形態では以下のように実行され得る：
１．図１Ａに模式的に示すように、損失ゾーンでのまたはそれより上の指定された深さにワークストリングの端を配置する。
２．チョークおよび／もしくはキルラインまたは迂回装置を介して戻りを取るために、噴出防止ラインの表面を確認し、環状ラムを閉じる。
３．所定の速度＝で所定の体積の線形スペーサー流体をポンプ送達する。
４．図１Ｂに模式的に示すように、所定の速度で選択された密度のチキソトロピックセメントのＰｖａｃを見分ける。
５．所定の速度で所定の体積の線形スペーサー流体をポンプ送達する。
６．Ｐｖａｃの３０％がワークストリングから出るまで、計算された体積の坑井流体をポンプ送達して、排水する。
７．ポンプ送達を停止する。
８．環状ラムを開く。迂回装置、またはチョークラインおよび／もしくはキルラインを閉じる。
９．セメントスタンドを同時に取り外し、トップドライブをワークストリングに接続する。
１０．図１Ｃに模式的に示すように、スタンドを１５フィート／分で引き抜きながら、Ｑｐｎｐのリグで排水を再開する。
１１．各スタンドを引き抜き、接続を解除し、ラックに戻し、次いで、リグの床にあるトップドライブを再接続する。
１２．Ｓｐｎｐ−ｓスタンドについても繰り返す。
１３．図１Ｄに模式的に示すように、穴から５つの追加スタンドを引き抜き、セメントが所定の圧縮強度を達成するまで待つ。
【００５０】
ポンプ送達および引き抜き配置方法の計算は、開放孔のサイズに比例する適切なワークストリングのサイズを選択することから始まる。開放孔のサイズは、６−５／８インチ〜２−７／８インチまでさまざまであり得る。一実施形態では、ワークストリングの選択は、セメントプラグにわたるワークストリングに対する適当な開放孔のサイズ（ウォッシュアウトを含む）の２．２５の比率に注目し、ここで、ワークストリングのサイズは、利用可能な最大ワークストリングのサイズに繰り上げられる。
【数１】
2020536985.tif 000003
式中、
Ｗｓｏｄ＝ワークストリングの外径のサイズ、インチ（”）
ＯＨｅｑ＝同等の開放孔のサイズ（インチ）
【００５１】
次いで、表面からプラグ配置用のワークストリングの深さの終わりまで選択したワークストリング内のプラグ体積を計算する。
【数２】
2020536985.tif 000004
式中、
Ｗｓｖ＝ワークストリングの体積、ｂｂｌ
Ｗｓｉｄ＝ワークストリングの内径（インチ）
Ｗｓｔｄ＝合計の深さでのワークストリングの深さ、フィート（ｆｔ）
Ｗｓｒｋｂ＝地表でのワークストリングの深さ、フィート
【００５２】
ワークストリングの体積を０．７の係数で割って、可能性のあるセメントプラグの最大体積を得ることができる。
【数３】
2020536985.tif 000005
式中、
Ｐｖｍａｘ＝実行可能な最大プラグ体積、ｂｂｌ
【００５３】
この既知の最大体積から、開放孔で計画される実際の体積が決定され、これは、通常は長さの関数である。
【００５４】
次の一連の計算は、ポンプ速度である。これらの計算は、セメントプラグにわたるワークストリングへのウォッシュアウト（すなわち、５．５インチのワークストリングに相当する１４インチのＯＨ）を含む適当な開放孔のサイズの環状容量に基づく。
【数４】
2020536985.tif 000006
式中、
Ｃａｎｎ＝同等の開放孔およびワークストリングの環状容量、ｂｂｌ／ｆｔ
【００５５】
環状容量により、毎分１５フィートの最適なポンプ速度および引き抜き速度が、表面ポンプ速度の決定に役立つ。これは、毎分１５フィートおよび毎分の環状容量（ｂｂｌ）の商である。
Ｑｐｎｐ＝Ｃａｎｎ＊１５フィート／分
式中、
Ｑｐｍｐ＝ポンプ送達および引き抜きの排水速度、毎分ｂｂｌ
【００５６】
計算の最後の部分は、配置を完了し、ワークストリングが穿孔内のセメントを一掃したことを確認するために引き抜く必要がある９０フィートスタンドまたは掘削パイプの３つの連続ジョイントの数を決定することである。特定の実施形態では、総プラグ体積の７０％は、ポンプ送達および引き抜き技法を開始する前のワークストリング内に残っている体積であり得る。これにより、セメントの体積およびワークストリング内の得られた長さが決定される。
【数５】
2020536985.tif 000007
式中、
Ｐｖａｃ＝穿孔の計画された長さから必要な実際の総プラグ体積、ｂｂｌ
Ｐｖｉｐ＝ワークストリング内に残っている総プラグ体積の体積、ｂｂｌ
【００５７】
次いで、９０フィートのスタンドのポンプ送達および引き抜き中にポンプ送達される体積は、引き抜き速度で割ったポンプ速度を９０フィートに積算することにより決定される。
【数６】
2020536985.tif 000008
式中、
Ｐｖｐｍｐ＝１つの９０フィートスタンドの引き抜き中に排水したセメントの体積、ｂｂｌ
【００５８】
この体積は、Ｐｖｉｐとの次の関係を使用して、引き抜くスタンドの数を特定する。
【数７】
2020536985.tif 000009
式中、
Ｓｐｎｐ＝引き抜かれる最小９０フィートのスタンド、スタンド
【００５９】
２つのスタンドの安全係数を追加して、プラグを所定の位置に設定するために引き抜かれた９０フィートのスタンドの総数を結論付ける。
【数８】
2020536985.tif 000010
式中、
Ｓｐｎｐ−ｓ＝安全係数を使用して引き抜かれる最小９０フィートのスタンド、スタンド
【００６０】
いくつかの実施形態では、本方法は、例えば、少なくとも３時間、スラリーを硬化させることをさらに含み得る。いくつかの実施形態では、スペーサー流体およびチキソトロピックセメントスラリーは、掘削ストリングを通して坑井に導入され得る。
【００６１】
加えて、いくつかの実施形態では、本方法は、スペーサー流体の体積および密度を決定することを含み得る。本方法は、是弱なゾーンを分離するためにポンプ送達されるチキソトロピックセメントスラリーの密度、体積、またはそれらの両方を決定することをさらに含み得る。
【００６２】
いくつかの実施形態では、掘削ストリングの内径は、５．８７５インチ〜２．４４１インチの範囲であり得る。いくつかの実施形態では、掘削ストリングは、パイプの長さに沿って変化する可変の内径および外径を有し得る。いくつかの実施形態では、掘削ストリングは、より高い圧力および温度にさらされると、曲がるかまたは変形し得る。
【００６３】
いくつかの実施形態では、開放孔のサイズは、３６インチ〜５−７／８インチの範囲であり得る。
【００６４】
チキソトロピックセメントスラリーが硬化して固体のプラグになると、坑井の掘削を再開し得る。いくつかの実施形態では、掘削ストリングおよび掘削ビットを使用して、坑井の掘削を継続するためにプラグの少なくとも一部を掘削し得る。
【００６５】
試験方法
ゲル強度は、チキソトロピックセメントスラリーが静止状態に維持される間の定義された期間の後の低せん断速度で測定されたチキソトロピックセメントスラリーのせん断応力を指す。低せん断速度でのチキソトロピックセメントスラリーのせん断応力は、ＡＰＩ井戸セメントを試験する上での推奨実践（ＲＰ１０Ｂ−２）に記載されている試験方法に従って、低回転速度、典型的には３ｒｐｍで操作される標準油田回転粘度計を使用して測定され得る。
【実施例】
【００６６】
以下の実施例は、本開示の１つ以上の特徴を例示する。これらの実施例は、本開示または添付の特許請求の範囲の範疇を決して限定することを意図するものではないことを理解されたい。
【００６７】
実施例１：ポンプ送達および引き抜き方法の実施例
オーバーバランス井戸でのポンプ送達および引き抜き方法の別の実施形態は、次のとおりである。
１．チョークラインおよびキルラインを開く。
●噴出防止装置（ＢＯＰ）を操作して、流体の井戸環状流路を、より小さい流れの断面積を有するオリフィスに向かって迂回させる。これは、ポンプ送達および引き抜き方法を使用してセメントの配置中に循環が回復した場合およびその際に、背圧をかけることにより自由落下効果の制御に貢献する。
２．環を閉じる。
●流れに制限のない、開いた環と見なされる従来の井戸環状流路を閉じる。
３．３５０ｂｂｌの掘削水を４ｂｐｍにポンプ送達する。
●これは、セメント配置中およびセメント配置後の損失ゾーンにわたって静水圧を低減するために計算された体積である。これは、本方法論の重要なステップである。この構成では、ワークストリングに沿って水で満たされた柱があり、静水圧がバランス点まで低減していると考えられる。ここでは、損失ゾーンにではなく、環の上方に流れを迂回させるように機能する。これは、通常、セメントスラリーを損失ゾーン内と対比して坑井内に配置できるのに十分な循環の回復に貢献する。
４．４ｂｐｍで１００ｂｂｌの１１２ｐｃｆセメントをポンプ送達する。
●これは、同等の開放孔サイズの関数としてのセメントプラグの計算体積である。また、重要なことは、この体積の３０％が、ポンプ送達および引き抜き操作を開始する前にワークストリングの外側にポンプ送達されることである。残りの体積は、積み重ねられたパンケーキのような層で、この体積の上部上に配置される。これが、ポンプ送達および引き抜きの仕組みである。それは、損失ゾーンが受ける静水圧を低減し、セメントを異なる層に積み重ねて、プラグを構築する。従来は、損失ゾーンに供給し、本質的に損失ゾーンにポンプ送達して出しているセメントプラグを所定の位置に継続的に圧力をかけてポンプ送達する。これを防ぐために、ポンプ送達および引き抜き方法が有効である。
５．計算された量の残された掘削水をポンプ送達して、４ｂｐｍでバランス（約５０ｂｂｌ）をとる。
●これは、先のスペーサー流体で使用されるのと同じ線形流体であるが、作業の終了時に伝達される静水圧が損失ゾーン以下になるようにバランスをとり、かつこれを確実にするのに十分な体積である。この体積は、実際の井戸の操作および条件に応じて変化する。
６．計算された量の６８ｐｃｆの泥重量をポンプ送達して、４ｂｐｍで排水を完了する。
●残された泥の体積は、上記のバランス計算の一部である。これは、ポンプ送達および引き抜き操作が開始される前に、井戸にポンプ送達される最後の流体である。また、体積は、実際の井戸の操作および条件に応じて変化している。
７．３０ｂｂｌがワークストリングを出ると、シャットダウンする。
８．環を開き、チョークラインおよびキルラインを閉じる。
●環を閉じた状態で、導管を引き抜く操作は推奨されない。これは、「ストリッピング」と呼ばれ、ポンプ送達の適切な制御のためのみに推奨される。次のステップは、環を開き、制限された流路を閉じることである。
９．セメントスタンドオフおよびタイイントップドライブを同時に破壊する。
●リグが坑井からワークストリングを引き抜きながら泥をワークストリングにポンプ送達すると、セメントを配置するために使用されるセメントヘッドおよび接続をリグダウンし、ワークストリングにトップドライブをリグアップする。
１０．毎分１７フィートのスタンドを引き抜きながら、２ｂｐｍで排水を同時に再開する。
●このステップは、ポンプ送達速度を引き抜き速度と一致させるバランス計算の結果である。セメントの固定体積が環内にあると想定する。これにより、既存のプラグに層が追加され、穴のより上に積み重ねられて、損失ゾーンがさらに分離される。
１１．セメントの上部が２スタンドの分一掃されるまで継続する。
●これは、セメントのすべてがワークストリングより下にあり、一掃されていることを確証するための安全対策である。
１２．５つのスタンドを取り上げ、次いで、１つの環状体積（約７００ｂｂｌ）を反転させる。
●これは、セメントのすべてがワークストリングより下にあり、環に何も見つからないことを確証するための安全対策である。
１３．背面側を閉じて、圧力を監視する。
【００６８】
実施例２：比較データ
セメントスラリーの性能を評価するために、セメントスラリーの増粘時間および流体損失を試験した。セメントスラリーは、ポートランドセメント、２％ＢＷＯＣベントナイト、および１％ＢＷＯＣメタケイ酸ナトリウム、および０．３８％ＢＷＯＣ加硫遅延剤を含んだ。セメントスラリーは、１３．５ｐｐｇの密度および１．７１ｆｔ３／袋のスラリー収量を有した。
【００６９】
図２は、ＡＰＩ修正スケジュールで試験した１立方フィート当たり１０１ポンド（ｐｃｆ）（１ガロン当たり１３．５ポンド（ｐｐｇ））のチキソトロピックセメントの増粘時間試験を示す。この増粘時間試験の結果を表１に提供する。
【表１】
2020536985.tif 000011
【００７０】
従来のセメントスラリーおよびチキソトロピックセメントスラリーの組成を表２で比較する。
【表２】
2020536985.tif 000012
【００７１】
同じ井戸で、異なるスラリーおよび異なる配置方法を一緒に試験した。この試験の結果を表３に示す。
【表３】
2020536985.tif 000013
【００７２】
非チキソトロピックプラグの番号１および２を各々、別々に異なる時間で穴にポンプ送達し、硬化するまで放置した。リグがパイプの穴を下って、セメントプラグの上部を見つけた際、掘削パイプは、適切な深さでセメントに一切遭遇せず、表面に戻るものもなかった。したがって、ゾーン分離はなかった。非チキソトローププラグの番号３を、従来の配置方法の代わりにポンプ送達および引き抜き方法を使用して穴に配置した。しかし、プラグ１および２と同様に、掘削パイプは適切な深さでセメントに一切遭遇せず、表面に戻るものもなかったため、プラグの番号３もゾーン分離を示さなかった。
【００７３】
チキソトロピックセメントスラリーで構成されたプラグの番号４を、ポンプ送達および引き抜き配置方法を使用して穴にポンプ送達し、硬化するまで放置した。リグがパイプの穴を下って、セメントプラグの上部を見つけた際、掘削パイプは適切な深さでプラグの番号４に遭遇し、かつ動的な流体損失はなかった。次いで、リグはダウンホールのより多くの掘削泥を循環し、井戸の流れを確認し、井戸が静止していると決定した。したがって、ポンプ送達および引き抜き方法を使用して配置されたチキソトロピックセメントスラリーは、ゾーン分離を正常に作成した。
【００７４】
以下の特許請求の範囲のうちの１つ以上は、「ここで（ｗｈｅｒｅ）」または「ここで（ｉｎ  ｗｈｉｃｈ）」という用語を移行句として利用することに留意されたい。本技術を定義する目的のために、この用語は、構造の一連の特性の列挙を導入するために使用される非限定型の移行句として、特許請求の範囲に導入され、より一般的に使用される非限定型の前提事項用語「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様に解釈されるべきであることに留意されたい。本技術を定義する目的のために、移行句「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」は、特許請求の範囲の範疇を列挙された構成要素またはステップおよび任意の天然に存在する不純物に限定する閉鎖的な前提事項用語として特許請求の範囲に導入することがある。本技術を定義するために、１つ以上の特許請求の範囲の範疇を、列挙される要素、構成要素、材料、または方法ステップ、ならびに特許請求される主題の新規な特徴に実質的に影響を及ぼさない任意の列挙されていない要素、構成要素、材料、または方法ステップに限定するために、「から本質的になる」という移行句が特許請求の範囲に導入され得る。「からなる」および「から本質的になる」という移行句は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」などの、非限定型の移行句のサブセットであると解釈することができ、それにより一連の要素、構成要素、材料、またはステップの列挙を導入するための非限定型句の任意の使用は、「からなる」および「から本質的になる」という閉鎖的用語を用いる一連の要素、構成要素、材料、またはステップの列挙も開示すると解釈されるべきである。例えば、成分Ａ、ＢおよびＣを「含む」組成物の列挙はまた、成分Ａ、ＢおよびＣ「からなる」組成物ならびに成分Ａ、ＢおよびＣから「本質的になる」組成物も開示すると解釈されるべきである。本出願において表現される任意の定量的値は、「含む」または「含む」という移行句と一致する非限定型の実施形態、ならびに「からなる」および「本質的になる」移行句と一致する閉鎖または部分閉鎖の実施形態を含むと考えられ得る。
【００７５】
本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」は、文脈上他に明白に示されていない限り、複数形の参照を含む。動詞「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」およびその活用形は、非排他的な様式で要素、成分、またはステップを指していると解釈されるべきである。参照される要素、成分、またはステップは、明示的に参照されていない他の要素、成分、またはステップと存在、利用、または組み合わされ得る。
【００７６】
ある特性に割り当てられた任意の２つの定量値は、その特性の範囲を構成することができ、所与の特性のすべての述べられる定量値から形成される範囲のすべての組み合わせが、本開示において企図されることを理解されたい。本開示の主題は、特定の実施形態を参照することにより詳細に記載されている。ある実施形態の構成要素または特徴についてのいかなる詳述も、その構成要素または特徴が、特定の実施形態または任意の他の実施形態に不可欠であることを必ずしも示唆するものではないことを理解されたい。さらに、特許請求される主題の趣旨および範疇から逸脱することなく、記載の実施形態に様々な変更および変形がなされ得ることは、当業者に明らかであるはずである。
【００７７】
本明細書で説明されている主題は、１つ以上の態様を含むことができ、これは、本開示の教示を限定するものと見なされるべきではない。第１の態様は、第１および第２の端部と、外径および内径とを備える導管を坑井内に挿入することと、チキソトロピックセメントスラリーをポンプ送達することであって、チキソトロピックセメントスラリーが、せん断無しで粘度が増加し、せん断有りで粘度が減少し、導管を通って坑井内に入るチキソトロピックセメントスラリーが、１ガロン当たり１２．６９ポンド超の密度を有するとき、０．３以下のべき乗指数値を有し、チキソトロピックセメントスラリーが、少なくとも１つのセメント、少なくとも１つの増粘剤、混合水、および１つ以上の強度促進添加剤を含む、ポンプ送達することと、チキソトロピックセメントスラリーを坑井内で硬化させて、プラグを作成することと、坑井から導管を取り外すことと、坑井内のプラグを介して喪失循環を低減することと、を含む、坑井内の喪失循環を低減する方法を含み得る。
【００７８】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、導管はパイプであり、内径は２．５５１インチ〜５．８７５インチの範囲を有する。
【００７９】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、セメントは、ポルトランドセメントを含む。
【００８０】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、増粘剤は、ベントナイトを含む。
【００８１】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、強度促進添加剤は、ケイ酸ナトリウムまたはメタケイ酸ナトリウムのうちの少なくとも１つを含む。
【００８２】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、チキソトロピックセメントスラリーは、少なくとも１つの分散剤、少なくとも１つの消泡剤、または少なくとも１つの加硫遅延剤をさらに含む。
【００８３】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、チキソトロピックセメントスラリーは、坑底循環温度で毎分３回転で９センチポアズ超のせん断応力を有する。
【００８４】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、１０分での坑底循環温度でのチキソトロピックセメントスラリーのゲル強度は、１０秒でのスラリーのゲル強度の２倍より大きい。
【００８５】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、チキソトロピックセメントスラリー混合水は、淡水、低塩水、または海水のうちの少なくとも１つを含む。
【００８６】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、チキソトロピックセメントスラリーは、予備水和されたセメントの１重量パーセント〜５重量パーセントの範囲のベントナイトを含む。
【００８７】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、チキソトロピックセメントスラリーが、予備水和されたセメントの０．５重量パーセント〜３重量パーセントの範囲のメタケイ酸ナトリウムを含む。
【００８８】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、プラグは、導管の体積を０．７の係数で割ることにより計算される最大体積を有する。
【００８９】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、導管の外径は、坑井の直径を２．２５で割ったものに等しい、
【００９０】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、導管の直径は、導管の長さに沿って変化する。
【００９１】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、導管は、高圧および高温で曲がり得る。
【００９２】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、導管は、損失ゾーンでのまたはそれより上の指定された深さまで挿入される。
【００９３】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、スペーサー流体は、チキソトロピックセメントスラリーをポンプ送達する前に導管を通してポンプ送達される。
【００９４】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、スペーサー流体は、チキソトロピックセメントスラリーに続いて導管にポンプ送達される。
【００９５】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、導管を通してチキソトロピックセメントスラリーをポンプ送達した後に、導管を通して掘削泥をポンプ送達する。
【００９６】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、導管を通してチキソトロピックセメントスラリー、掘削泥、またはスペーサー流体のうちの１つをポンプ送達しながら、導管の第２の端部がプラグより上になるまで、導管が取り外される。
【００９７】
別の態様は、前述の態様のいずれかを含み、ここで、掘削泥が導管の外側の坑井の下方にポンプ送達され、次いで導管の上方に流れる。
【図１Ａ】
2020536985.tif 000014
【図１Ｂ】
2020536985.tif 000015
【図１Ｃ】
2020536985.tif 000016
【図１Ｄ】
2020536985.tif 000017
【図２】
2020536985.tif 000018
【国際調査報告】
2020536985.tif 000019
2020536985.tif 000020
2020536985.tif 000021