水泥漿組合物和方法
【專利說明】水泥漿組合物和方法
【背景技術(shù)】
[0001] 該部分中的說明僅提供與本公開相關(guān)的背景信息，并且可不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。
[0002] 本公開總體涉及用于對具有井眼的地下井進行處理或完井的組合物和方法。更具 體地，本公開涉及用于對地下井固井的水泥漿組合物，并且在一個可選方案中，涉及用于地 下井完井和/或?qū)哂芯鄣牡叵戮叹姆椒?。本公開還涉及制備含有聚合物顆粒作為 添加劑的水泥漿組合物和/或減少這樣的水泥漿組合物中的泡沫的方法。
[0003] 在典型的固井操作中，在地面上制備水泥漿，然后將其栗送至地下井中，通過襯管 或套管，以填充套管與井眼壁之間的環(huán)形空間。一旦漿料凝固后，水泥即可提供一些功能， 包括提供層位封隔和分離、腐蝕控制和結(jié)構(gòu)支承。適當制備的漿料和凝固水泥在套管周圍 形成強的、幾乎不可滲透的密封。
[0004] -般而言，水泥漿應(yīng)當具有相對較低的粘度，以有助于栗送以及在地面處制備期 間以及遞送至井和目標區(qū)域期間均有效地維持恒定的流變性質(zhì)。假設(shè)水泥漿得以適當制備 并遞送至目標區(qū)域，則凝固水泥的性質(zhì)將主要取決于漿料的組分，以及漿料組合物中所包 含的添加劑。在理想的情況下，適當澆注的（placed)水泥漿將在最短時間內(nèi)具有高的壓縮 強度。
[0005] 近些年來，已經(jīng)采用有機聚合物顆粒作為水泥漿中的添加劑，以實現(xiàn)或增強某些 水泥性質(zhì)。一般而言，聚合物顆粒的添加導(dǎo)致漿料成分的改進的結(jié)合，這可幫助達到升高的 強度和高的耐久特性等。然而，這些顆粒的疏水特性也存在一些不期望的問題。特別地，可 在聚合物改性的水泥漿中觀察到可混性和起泡問題。
[0006] 在本領(lǐng)域中，常常使用連續(xù)混合方法來制備水泥漿，所述連續(xù)混合方法還稱為邊 遞送邊混合（mixing on-the-fly)。通過使用噴射混合機將固體共混物與水和液體添加劑 混合。所述噴射混合機生成調(diào)控的固體流，從而產(chǎn)生空隙以將干燥粉末組分引入（由文丘 里效應(yīng)所致）混合物中。不幸的是，該引入行為還將空氣引入和夾帶至漿料中。如果使其穩(wěn) 定化，則漿料中的過量空氣可導(dǎo)致密集填充的空氣泡聚集然后形成于漿料的表面處，即，起 泡。過量的夾帶空氣和泡沫可有害地影響漿料設(shè)計。例如，其可改變漿料成分和性能，包括 偏離最優(yōu)漿料密度或提高漿料粘度。這樣的狀況還可引起栗送問題和低效。操作者試圖在 栗送之前以機械方式盡量多地從漿料去除夾帶的空氣，通常通過進一步混合來進行。然而， 對于包含大量疏水聚合物顆粒的漿料而言，這樣的除氣努力常常無法從漿料中去除足夠的 夾帶空氣以避免漿料品質(zhì)問題或栗送問題。
[0007] 為了減輕水泥漿制備中的起泡問題，不同的傳統(tǒng)措施是可用的?？蓪⑾莺腿?泡添加劑添加至漿料中以防止或最小化起泡。還可使用分離器設(shè)備與傳統(tǒng)的漿料混合 機結(jié)合，以通過機械方式從衆(zhòng)料中去除夾帶的空氣。例如，來自Schlumberger Ltd.的 SlurryAirSeparator裝置采用了水力旋流器機構(gòu)以從水泥衆(zhòng)中分離和去除夾帶的空氣。作 為另一選擇，可將衆(zhòng)料傳送至大容器（large tank)，用于成批混合。大部分剩余的夾帶空氣 可從漿料中去除。雖然前述選擇中的任一項都可有效減少漿料中的夾帶空氣和泡沫，但是 這些選擇的使用并非總是可行的。例如，與使用另外的設(shè)備或添加劑相關(guān)的操作時間和成 本可能是不可接受的，或者在一些現(xiàn)場地點，設(shè)備可能是不容易得到的。此外，在某些操作 條件下，這些措施中的一些已經(jīng)證明在減少夾帶空氣和泡沫方面不那么令人滿意。因此，仍 然需要減少、去除或防止用于井眼完井的水泥漿中空氣夾帶和起泡狀況的方法和/或組合 物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本公開涉及含有聚合物顆粒的水泥漿組合物。
[0009] -些實施方案涉及防止或控制水泥漿制備或水泥操作中起泡的方法。另一些實施 方案涉及用于對包含井眼的地下井固井或完井的方法。
[0010] 在一個方面中，提供了水泥漿組合物，其含有水泥、水和有機聚合物添加劑（例 如，疏水有機聚合物顆粒，如橡膠顆粒）。所述組合物還包含非離子表面活性劑。在多個實 施方案中，所述非離子表面活性劑是包含乙氧基化基團（ethoxylate group)的非離子表 面活性劑、包含乙氧基化基團和丙氧基化基團（propyxlate group)二者的非離子表面活性 劑、烷氧基化物（包括包含氧化丙烯的烷氧基化物和包含氧化丁烯的烷氧基化物）。
[0011] 在另一個方面中，描述了用于對包含井眼的地下井固井的方法。所述方法需要制 備含有包含水泥、水、聚合物顆粒和非離子表面活性劑的組分的水泥漿組合物，以及將所述 水泥漿組合物栗送至所述地下井內(nèi)，并將所述組合物澆注于所述地下井的區(qū)域中。然后等 待一段時間，使所述水泥漿組合物在所述區(qū)域中凝固成固體塊。
[0012] 在另一個方面中，描述了一種減少用于引入地下井內(nèi)的其中含有疏水有機聚合物 顆粒的水泥漿組合物中的泡沫生成的方法。所述方法包括：制備包含水泥和有機聚合物顆 粒的干燥共混物，制備水溶液，以及將非離子表面活性劑添加至所述水溶液中。然后使用連 續(xù)混合方法將所述干燥共混物混合于所述水溶液中，所述非離子表面活性劑由此起將所述 聚合物顆粒分散于所述溶液中并減少起泡的作用。
【附圖說明】
[0013] 另一些實施方案可結(jié)合附圖來理解。
[0014] 圖1是展示包含不同濃度的非離子表面活性劑的多種含水溶液的接觸角測量的 圖示；
[0015] 圖2是展示在混合后多種溶液的隨著時間的相對體積增加 （relative volume increase)的圖示；并且
[0016] 圖3示出了包含橡膠顆粒的水溶液的照片。
【具體實施方式】
[0017] 首先，應(yīng)注意，在開發(fā)任何這樣的實際實施方案時，必須做出許多實施方式-特異 性的決定，以達到開發(fā)者的特定目的，例如，與系統(tǒng)相關(guān)的限制或商業(yè)相關(guān)的限制的順應(yīng) 性，這使得實施方式彼此之間將各有不同。此外，應(yīng)理解，這樣的開發(fā)努力可能是復(fù)雜的并 且耗時的，但是其是享有本公開的益處的本領(lǐng)域技術(shù)人員的常規(guī)任務(wù)。此外，本文使用/公 開的水泥漿組合物還可包含除了所引述的組分以外的一些組分。在
【發(fā)明內(nèi)容】
和本具體實施 方式中，除非在上下文中另有說明，每個數(shù)值應(yīng)當一次讀作由術(shù)語"約"修飾（除非已經(jīng)明 確地被如此修飾），并且然后再次讀作不被如此修飾。此外，在
【發(fā)明內(nèi)容】
和本【具體實施方式】 中，應(yīng)理解，被列舉或描述為可用的、合適的等的濃度范圍旨在認為已經(jīng)陳述了包括端點在 內(nèi)的該范圍內(nèi)的任何和所有濃度。例如，"1至10的范圍"應(yīng)讀作表示沿著約1至約10之 間的連續(xù)區(qū)的每個和所有可能的數(shù)字。因此，即使在該范圍內(nèi)的特定數(shù)據(jù)點，或甚至在該范 圍內(nèi)沒有數(shù)據(jù)點，被明確地鑒定或提及僅一些特定點，也應(yīng)理解，發(fā)明人領(lǐng)會并理解，視為 已經(jīng)指定該范圍內(nèi)的任何和所有數(shù)據(jù)點，并且發(fā)明人擁有整個范圍以及該范圍內(nèi)的所有點 的知識。
[0018] 如本文所述，提供了水泥漿組合物（以及制備方法），其中包含有機聚合物顆粒和 非離子表面活性劑作為添加劑。出于對凝固水泥的機械強度以及漿料的理想粘度和品質(zhì)的 最優(yōu)平衡的特別考慮，所述水泥漿組合物包含合適量的水泥和水，以組成基礎(chǔ)漿料組合物。 提供了有機聚合物顆粒以實現(xiàn)或增強漿料中的期望性質(zhì)或最終凝固水泥中的期望性質(zhì)。提 供了非離子表面活性劑以減少或消除夾帶的空氣，以及本應(yīng)由于大量的疏水有機聚合物顆 粒的存在而激發(fā)的起泡。
[0019] 如在減輕水泥漿中的夾帶空氣或泡沫生成問題的上下文中所用的，術(shù)語"減少"還 意為消除、防止、最小化或以其它方式緩和漿料中夾帶空氣或泡沫的存在或形成。根據(jù)本公 開，描述了可解決該問題的方法，例如，通過使夾帶的空氣或泡沫從漿料中消散或逸失以及 /或者通過影響可引起夾帶的空氣或泡沫形成或累積的條件以防止和阻止這樣的形成或累 積來進行。針對起泡，所描述的方法和組合物可被表征為并入了去泡或消泡傾