水泥灌漿氣體或油管線的方法和水硬水泥漿體的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及水泥灌漿氣體或油管線的方法和水硬水泥漿體。本發(fā)明涉及將油或氣體管線的套管水泥灌漿到周圍井壁的方法，其中形成水硬水泥漿體并將該漿體在管線套管與周圍井壁之間的環(huán)狀空間中散開。通過將水硬水泥、基于水泥重量為12～24％的硅石、和水一起混合形成該水泥漿體，其中該硅石包括1/3～2/3微細(xì)硅石和2/3～1/3硅石粉。本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于該方法的水泥漿體。
【專利說明】水泥灌漿氣體或油管線的方法和水硬水泥漿體
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00780034043.X(國際申請(qǐng)日為2007年8月29日）、發(fā)明名稱 為"水泥灌漿氣體或油管線的方法和水硬水泥漿體"的進(jìn)入國家階段的PCT申請(qǐng)的分案申 請(qǐng)。 發(fā)明領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及油和氣體井中鋼管或其它結(jié)構(gòu)如套管和襯套的水泥灌漿。
[0003] 發(fā)明背景
[0004] 油井的水泥灌漿中，經(jīng)常將水泥漿體打入套管中并置于套管外側(cè)與井壁之間的環(huán) 形空間中。水泥灌漿過程的兩個(gè)最主要的目的是，防止氣體和液體在地層之間的遷移以及 束緊和支撐套管。除了密封產(chǎn)生油、氣體和水的巖層之外，該水泥還保護(hù)套管抗腐蝕，且防 止在水泥漿體非常快速地且不可滲透地密封井時(shí)氣體-或油-吹出。
[0005] 在高于IKTC的溫度下，硬化波特蘭水泥（Portlandcement)的水合相發(fā)生變化。 這種現(xiàn)象公知為強(qiáng)度衰退（SR)。這樣導(dǎo)致更差的隔離性能如更低的耐壓強(qiáng)度和更高的硬化 水泥滲透性，且導(dǎo)致油層隔離的損失，在油田水泥灌漿工業(yè)中采用液體或氣體從巖層流入 井中和穿過不同巖層的可能性來描述。
[0006] 強(qiáng)度衰退容易通過高于IKTC的溫度下一段時(shí)間內(nèi)快速和早期的耐壓強(qiáng)度降低和 硬化水泥滲透性增加來確定。在未能觀察到耐壓強(qiáng)度降低和硬化水泥滲透性增加時(shí)，那么 得出未發(fā)生強(qiáng)度衰退。
[0007] 50年以來，許多公司通常將占水泥重量35wt% (BWOC)的硅石粉（平均粒徑為 約20?60微米）加到水泥中以防止發(fā)生SR(JournalofAmericanconcreteinstitute V27，No.6,678, 1956 年2 月）。
[0008] 但是，存在與采用水泥和干燥硅石粉制得的干混物的使用相關(guān)的處理和儲(chǔ)存困 難，如在鉆塔或海上平臺(tái)上缺少用來容納幾種不同干混物的空間，污染問題，和與細(xì)粉末的 制備和處理相關(guān)的一般困難。
[0009] 最近，硅石懸浮液已商業(yè)化作為完全干混操作的替代。這些液體已證明在以35% 當(dāng)量BWOC總硅石使用時(shí)有效地防止SR。當(dāng)僅僅最深的套管/襯套需要使用硅石來穩(wěn)定波 特蘭水泥或其它時(shí)，它們相對(duì)于干混操作存在一些優(yōu)點(diǎn)，特別是在海上或遠(yuǎn)距離操作中。 [0010] 遺憾地，最近在其使用中確定的局限性是需要折合為35%BWOC總硅石的相對(duì)高 濃度的液體產(chǎn)物。這點(diǎn)意味著在水泥灌漿操作期間必須運(yùn)輸和混合很大體積的液體添加 齊IJ。這點(diǎn)在海上鉆塔的情形下是特別顯著的，其中平臺(tái)和儲(chǔ)存空間可以是非常有限的。 [0011] 由此采用不同干燥材料和采用液體添加劑二者均存在儲(chǔ)存問題。
[0012] 發(fā)明描述
[0013] 由此，本發(fā)明的目的是，提供降低用于油和氣體管線、特別是用于海上井的水泥中 SR的手段。
[0014] 另一目的是，避免儲(chǔ)存和混合干燥粉末以形成水泥漿體的需要，以及使帶到鉆塔 的任意水泥漿體添加劑的體積最小化。
[0015] 在海上井的情形下，井溫度經(jīng)常位于KKTC?150°C的范圍內(nèi)。本
【發(fā)明者】已發(fā)現(xiàn)， 在這些井溫下，可以采用不同途徑來使用硅石作為水泥漿體添加劑。
[0016] 由此依據(jù)本發(fā)明，提供了將油或氣體管線的套管水泥灌漿到周圍井壁的方法，其 包括：形成水硬水泥漿體，使該漿體在管線套管與周圍井壁之間的環(huán)形空間中散開，和使該 水泥硬化，其中通過將水硬水泥、基于水泥重量為12?24%的娃石、和水一起混合形成該 水泥漿體，該硅石包括1/3?2/3微細(xì)硅石和2/3?1/3硅石粉。
[0017] 依據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，該硅石是微細(xì)硅石和硅石粉的含水懸浮液的形式。
[0018] 用于本發(fā)明的優(yōu)選的微細(xì)硅石是無定形種類的如微硅石，但也可以是晶體。
[0019] 本
【發(fā)明者】已發(fā)現(xiàn)，通過在用于溫度范圍為IKTC?150°C的井的水泥漿體中采用 微細(xì)硅石顆粒和硅石粉的組合，特別是含水懸浮液的形式，可以顯著降低硅石用量，同時(shí)仍 防止水泥中發(fā)生SR。
[0020] 特別地使用懸浮液形式的硅石，避免了干燥硅石粉的使用，避免了混合干燥成分， 僅需要運(yùn)輸和儲(chǔ)存單一組分（即含水硅石懸浮液），且在非常重視儲(chǔ)存利用度的情形下使 需要運(yùn)輸和儲(chǔ)存的體積最小化。
[0021] 優(yōu)選地，總硅石為水泥重量的15?20%。
[0022] 在10%BWOC或更低的硅石水平下，SR的抑制并非有效，特別是在更高溫度下，同 時(shí)在高于150°C的溫度下變?yōu)楸仨毑捎酶哂?5%BWOC的硅石水平。
[0023] 本申請(qǐng)說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"微硅石"是由如下過程獲得的粒狀、 無定形SiO2 :其中使硅石（石英）還原為SiO-氣體并使還原產(chǎn)物在氣相中氧化以形成無 定形硅石。微硅石可以含有至少70wt%硅石（SiO2),且比重為2.1-2. 3g/cm3和表面積為 15-40m2/g。主要的顆粒是實(shí)質(zhì)上球形且平均粒徑為約0.15μm。微硅石優(yōu)選地以在電還原 爐中在硅或硅合金的生產(chǎn)中的副產(chǎn)物獲得。這些過程中形成大量的微硅石。采用袋濾室或 其它收集設(shè)備以常規(guī)方式回收微硅石。
[0024] 本申請(qǐng)說明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語"微細(xì)結(jié)晶硅石"是粒狀結(jié)晶硅石，其 D50的最大值為10μm且優(yōu)選地D50為約3μm。
[0025] 硅石粉是簡(jiǎn)單磨碎的結(jié)晶硅石，其平均粒徑為約25μm。
[0026] 發(fā)明詳述
[0027] 現(xiàn)在將在如下非限定性實(shí)施例中更詳細(xì)地闡述本發(fā)明。
[0028] 實(shí)施例1 (現(xiàn)有技術(shù)）
[0029] 在150°C下混合、灌注和固化無硅石的標(biāo)準(zhǔn)水泥漿體。
[0030] 測(cè)量耐壓強(qiáng)度并測(cè)量硬化水泥滲透性。結(jié)果示于表1和圖1中?？梢钥闯?，9小時(shí) 之后很快地發(fā)生SR，如圖1中所示。
[0031] 表I150°C下無硅石的水泥的硬化水泥滲透性測(cè)量
[0032]
【權(quán)利要求】
1. 一種將油或氣體管線的套管水泥灌漿到周圍井壁的方法，其包括：形成水硬水泥漿 體，使該漿體在管線套管與周圍井壁之間的環(huán)形空間中散開，和使該水泥硬化，其中通過將 水硬水泥、基于水泥重量為12?24%的硅石、和水一起混合形成該水泥漿體，其中該硅石 包括1/3?2/3微細(xì)硅石和2/3?1/3硅石粉。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中該硅石是微細(xì)硅石和硅石粉的含水懸浮液的形式。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中將微細(xì)硅石和硅石粉單獨(dú)地加入。
4. 權(quán)利要求1的方法，其中該微細(xì)硅石是微硅石、微細(xì)結(jié)晶硅石、膠體硅石或其混合 物。
5. 權(quán)利要求4的方法，其中該微細(xì)結(jié)晶硅石D50的最大值為10 y m。
6. 權(quán)利要求1的方法，其中該娃石是水泥重量的15?20%。
7. -種用于水泥灌漿底部溫度在100?150°C之間的氣體井或油井的水硬水泥漿體， 包括：水硬水泥、基于水泥重量為12?24%的硅石、和水，其中該硅石包括1/3?2/3微細(xì) 硅石和2/3?1/3硅石粉。
8. 權(quán)利要求7的水硬水泥漿體，其中該硅石包括微細(xì)硅石和硅石粉的含水懸浮液。
9. 權(quán)利要求7的水硬水泥漿體，其中該微細(xì)硅石為微硅石、微細(xì)結(jié)晶硅石、膠體硅石或 其混合物。
10. 權(quán)利要求9的水硬水泥漿體，其中該微細(xì)結(jié)晶硅石D50的最大值為10 y m。
【文檔編號(hào)】C04B14/06GK104405335SQ201410548808
【公開日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2006年9月15日
【發(fā)明者】P.雷維爾, F.V.羅斯托爾 申請(qǐng)人:埃爾凱姆有限公司