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      能很好地控制濾失量的水泥漿的制作方法

      文檔序號:3795617閱讀:502來源:國知局
      專利名稱:能很好地控制濾失量的水泥漿的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及能很好地控制濾失量的水泥漿。詳細(xì)地說,本發(fā)明涉及油井、天然氣井、水井、地?zé)峋茸⑺嘤玫乃酀{。
      本發(fā)明的水泥漿供油井之類注水泥用是很有利的,供地?zé)峋?、水井或天然氣井注水泥用也是有利的。本專利申請尤其涉及油井的注水泥?br> 本發(fā)明提出新的水泥漿,用這種水泥漿注水泥時,滲入可滲透地下地層的濾失量可減少到最低程度。
      油井注水泥的第一步是制備水泥漿(水泥、水和多種添加劑的混合物),接著在壓力下將該混合物注入套管周圍的環(huán)狀空間。注水泥的第一個目的是防止液體在不同的地質(zhì)層系之間流動,其次是固定套管并使其加固,最后是防止腐蝕。要使注水泥取得很好的效果,必須控制注入的水泥漿中的液體朝多孔地層方向的流動。
      首先,在注入水泥漿的動態(tài)階段,水泥漿的濾失會使水泥漿的密度改變,從而使其粘度增加和稠化時間縮短。這會危及注水泥作業(yè)。
      其次,在靜態(tài)階段,即注水泥后的等候期,過多的濾失也是不利的,因為這會形成“濾餅”,阻塞環(huán)狀空間,限制靜壓的傳遞。這樣在某些地層中所含的高壓氣體便會經(jīng)水泥漿遷移,在不同的地質(zhì)層系之間形成“渠道”,甚至通到地面(這就是氣體串槽)。而且,由于濾入地層中的液體可能含有添加劑或碎屑,這會損害某些敏感地帶。
      以前采用的控制水泥漿濾失量的方法是加入各種添加劑。特別是用很多水溶性聚合物作油井注水泥時控制濾失量的添加劑。這類聚合物有纖維素衍生物(羥乙基纖維素,羧甲基羥乙基纖維素),由酰胺單體或丙烯酸單體或磺化單體、乙烯基吡咯烷酮或季銨鹽合成而得的共聚物或三元共聚物。雖然這些聚合物在水泥漿中所起的作用各異,但它們都是可溶聚合物,因此都具有其本性所帶來的相同的缺點,它們會吸附在水泥顆粒的表面,從而改變水泥漿的稠化時間、“游離水分”和流變參數(shù)等基本特性并影響與水泥表面相互作用的其它添加劑(如緩凝劑)的作用,或受這些添加劑作用的影響。
      正因為這樣,盡管法國專利申請第2540098和2570071號中已描述了聚合物基體系,仍需要有能更好地控制濾失量、且與水泥顆粒的相互作用有限并能提供更廣泛的用途的新體系。
      本發(fā)明就提出了這種體系。
      本發(fā)明是解決濾失量控制問題的獨創(chuàng)的方法。
      本發(fā)明所涉及的水泥漿的特點不僅在于系用新的控制濾失量的添加劑,而且還在于水泥漿的混合液體是一種用至少一種表面活性劑穩(wěn)定的水包油乳狀液。
      使用這種乳狀液能產(chǎn)生所要求的效果。
      該乳狀液的油/水比為5-50%(重量)。業(yè)已證明,油的用量必須足以使水泥顆粒之間的油/水界面的毛細(xì)管作用能大大減少液體濾過水泥塊。顯然,這是一種獨創(chuàng)的方法。
      以上和本申請書全文及權(quán)利要求書所使用的“油”這一術(shù)語是指任何不與水混溶的液體,特別是鏈烷烴、異鏈烷烴和芳香烴;萘衍生物;瀝青;瓦斯油;石油和甚至硅油以及這些化合物的混合物。這些產(chǎn)品都是專業(yè)人員所熟知的。
      表面活性劑的用量要足以保證乳狀液穩(wěn)定。
      這種乳狀液中表面活性劑的用量一般為油的用量的1-20%(重量)。
      表面活性劑可選自親水親油平衡值(HLB)為8-20的任何陰離子乳化劑、陽離子乳化劑或非離子乳化劑,HLB的選擇取決于要乳化的油的性質(zhì)和使用條件。如果該化合物要在高溫下使用,其HLB宜取上述范圍的上部。
      陰離子表面活性劑或陽離子表面活性劑可以單獨使用或與非離子表面活性劑一起使用。同樣,用于本發(fā)明的水泥漿的水包油乳狀液可單用非離子表面活性劑使之穩(wěn)定或用非離子表面活性劑與離子(陽離子或陰離子)表面活性劑一起使之穩(wěn)定。
      有經(jīng)驗的專業(yè)人員都知道,表面活性劑一般都不是用純的,而是用同種產(chǎn)物的混合物。
      例如,陰離子表面活性劑可選自鏈長約為8-14個碳原子的脂肪酸鹽;帶C10-C16的烷基硫酸鹽;帶C8-14烷基的烷基苯磺酸鹽;乙氧化苯酚硫酸鹽或一磷酸鹽或二磷酸鹽。
      由于水泥的間隙水的pH值高,陽離子表面活性劑為季銨型,如帶C4-20烷基的烷基三甲基銨、烷基二甲芐基銨或二烷基二甲基銨的氯化物或溴化物。
      非離子表面活性劑可選自乙氧化烷基酚和乙氧基脂肪族醇。由于表面活性劑的HLB必須為8-20,因此烷基酚或脂肪族醇在含4-50環(huán)氧乙烷基的疏水部分中必須有6-20個碳原子。
      這種表面活性劑都是普通的,是專家們所熟悉的。
      本發(fā)明在水泥漿中用水包油乳狀液作混合液體能使濾失量減少,如下面的實施例所示。
      而且,使用這種乳狀液決不排除使用其它添加劑。
      例如,本發(fā)明的水泥漿也可含傳統(tǒng)的添加劑如阻泡劑、速凝劑或緩凝劑、減重劑、增重劑等。
      此外,已證明本發(fā)明的水泥漿在下述嚴(yán)峻條件下使用時是有效的-溫度高達(dá)200℃(392°F);
      -含鹽環(huán)境,鹽的濃度可達(dá)37%(飽和);
      -密度,含少量或大量體積的水,含減重劑或增重劑;
      -含高濃度的緩凝劑。
      通過研究以下的實施例可以更好地了解本發(fā)明的其它特點和優(yōu)點。
      這些實施例是按照API10標(biāo)準(zhǔn)用去離子水在試驗室進(jìn)行試驗的。
      實施例1按照API(美國石油學(xué)會)標(biāo)準(zhǔn)(API10)用Dyckerhoff G級熱帶水泥制備密度為1.89克/厘米3(15.8ppg(磅/加倫))的水泥漿。水泥漿含有17.76升/噸(0.2加倫/袋水泥)傳統(tǒng)添加劑(萘磺酸與甲醛的縮合產(chǎn)物的鈉鹽,PNS),并用本發(fā)明的水包油乳狀液制備而得。在本實施例和以下的實施例中,乳狀液均指用來制備水泥漿的水與油和表面活性劑的混合產(chǎn)物。它有異鏈烷烴油基(EXXON CHEMICAL公司銷售的ISOPAR L),并含下面三種表面活性劑(S1,S2或S3)中的一種表面活性劑-S1為聚氧乙烯壬基酚醚硫酸鹽(30OE)-S2聚氧乙烯壬基酚醚(10OE)
      -S3為乙氧化C-13脂肪族醇(6OE)在25℃(77°F)下ISOPARL油的粘度為1.34CP(或mpa-s)。濾失量和流變參數(shù)是在25℃(77°F)下按照API10標(biāo)準(zhǔn)測定結(jié)果列于表1中
      用三種表面活性劑(S1、S2和S3)得到了值得注意的結(jié)果。
      實施例2表2說明油的用量的影響。
      所用的水泥漿與實施例1相同,并實用S1表面活性劑和不同的水包油乳狀液,乳狀液中ISOPARL油所占的百分?jǐn)?shù)是不同的(分別為10,20,30%)。表中的第2欄表示水泥漿中所有的水與水泥的重量比。最后一欄表示所試驗的三種水泥漿中的兩種水泥漿的稠化時間。試驗值有很大的差異,這是由于這兩種水泥漿中所用的水的數(shù)量是不同的。
      結(jié)果表明濾失量的控制情況是很好的,即使在油的用量很少(10%)的情況下也是如此。
      實施例3同樣,表3表明用S2表面活性劑和富水乳狀液也能得到很好的結(jié)果。
      實施例4可用不同的油制備本發(fā)明的乳狀液。表4所示為-用實施例1的異構(gòu)鏈烷烴ISOPARL所得的結(jié)果。
      -用另一種粘度更大的異構(gòu)鏈烷烴油(在25℃(77°F)下的粘度為7.45cp)(EXXONCHEMICAL公司制造的ISOPARV)得到的結(jié)果。
      -用一種芳香油(EXXONCHEMICAL公司制造的ACTAEL400)得到的結(jié)果-用標(biāo)準(zhǔn)柴油得到的結(jié)果
      用以上四種油進(jìn)行試驗都得到很好的結(jié)果。
      實施例5表5所示為在25、60、85、120和150℃下測得的濾失量;在25、60和85℃下測得的流變參數(shù)以及在25、85、120和150℃下測得的稠化時間,所用的水泥漿與實施例2所用的低溫用水泥漿相似,在水泥漿中加入了硅粉和耐高溫緩凝劑。
      實施例6表6表示,密度為1.89g/cm3(15.8ppg)和1.56g/cm3(13.0ppg)的水泥漿在25℃和85℃下的濾失量仍是很低的。還可看到,水泥漿的流動性隨著其密度的降低而提高,這表明水泥漿的流變特性主要取決于水與水泥的重量比,而受油的用量的影響則是很小的。
      水泥和乳狀液的混合流體可制備適合于各種用途的水泥漿,即從“輕的”到“重的”水泥漿。
      “輕”的和“重”的這兩種水泥漿為石油工程師們提出了特殊的問題,因為這兩種水泥漿的性能實際上與“正?!泵芏鹊乃酀{的性能十分不同。
      輕水泥漿的密度范圍為12-14ppg(1.4-1.7g/cm3);重水泥漿的密度為16ppg(1.9g/cm3)左右。本發(fā)明也適用,既具有輕水泥漿帶來的問題、又具有含鹽水泥漿帶來的問題的輕的、含鹽的水泥漿的特殊領(lǐng)域。
      低密度水泥漿輕水泥漿一般供井的靠近地面的部分注水泥用,也就是說用于在較低的溫度(低于185°F,85℃)下注水泥。但對地?zé)峋畞碚f,必須使用在高溫下具有令人滿意的性能的低密度水泥漿。表1表明,通過使水泥與水包油乳狀液混合后能很好地控制濾失量,即使在密度低至12ppg(1.43g/cm3)的情況下也是如此。
      水泥漿的其它性能也是令人滿意的(表7)
      高密度水泥漿深井注水泥常需使用具有足夠高的密度的水泥漿,以防止液體從地層向地面竄槽或從一個地質(zhì)層條向另一個地質(zhì)層條竄槽。
      表8表明,用密度為18ppg(2.15g/cm3)的水泥漿能很好地控制濾失量,即使在高溫下也是如此,而且其流變特性、稠化時間和耐壓縮性仍是很好的。
      含鹽低密度水泥漿水泥漿處于環(huán)狀空間時會與氯化鈉地層接觸,為了防止地層的溶解,專家們使用了含有大量鹽的泥漿。表9表明,用水包油乳狀液作水泥漿的混合液體系能取得很好的結(jié)果,溫度可高達(dá)185°F(85℃)
      權(quán)利要求
      1.供油井等注水泥用的能很好地控制濾失量的水泥漿,其特征在于其混合液體是恢鐘彌遼僖恢直礱婊钚約廖榷ǖ乃腿樽匆骸
      2.權(quán)利要求1所述的水泥漿,其特點在于所述乳狀液的油/水比為5-50%(重量)。
      3.權(quán)利要求1或2所述的水泥漿,其特點在于乳狀液中所用的油系選自鏈烷烴、異構(gòu)鏈烷烴、芳香烴、萘衍生物、瀝青、瓦斯油、石油、硅油及它們的混合物。
      4.權(quán)利要求1-3中任一權(quán)利要求所述的水泥漿,其特點在于乳狀液含有1-20%(相對于油的重量)表面活性劑(一種或一種以上)。
      5.權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的水泥漿,其特點在于表面活性劑系選自親水親油平衡值為8-20的陰離子乳化劑、陽離子乳化劑或非離子乳化劑。
      6.權(quán)利要求5所述的水泥漿,其特點在于乳狀液含有陰離子,表面活性劑或陽離子表面活性劑,它們可以單獨使用,也可與非離子表面活性劑一起使用。
      7.權(quán)利要求5所示的水泥漿,其特點在于乳狀液含有非離子表面活性劑,它可以單獨使用,也可與陰離子表面活性劑或陽離子表面活性劑一起使用。
      8.權(quán)利要求5-7中任一權(quán)利要求所述的水泥漿,其特點在于陰離子表面活性劑系選自含8-14個碳原子的脂肪酸鹽、C10-C16的烷基硫酸鹽、帶C8-C14的烷基苯磺酸鹽、乙氧化的苯酚硫酸鹽和-碳酸鹽或二磷酸鹽。
      9.權(quán)利要求5-8任一權(quán)利要求所述的水泥漿,其特點在于陽離子表面活性劑系選自季銨鹽,如帶C4-26烷基的烷基三甲基銨、烷基二甲芐基銨或二烷基二甲基銨的氯化物或溴化物。
      10.權(quán)利要求5-9中任一權(quán)利要求所述的水泥漿,其特點在于非離子表面活性劑系選自乙氧化烷基酚或乙氧化脂肪族醇。
      11.權(quán)利要求1-10中任一權(quán)利要求所述的水泥漿,其特點在于水泥漿的密度大于12ppg(大于1.4g/cm3)。
      12.權(quán)利要求1-10中任一權(quán)利要求所述的水泥漿,其特點在于水泥漿的密度為12-14ppg(1.4-1.7g/cm3),且該水泥漿含30%氯化鈉。
      13.權(quán)利要求1-12中任一權(quán)利要求所述的水泥漿,其特點在于該水泥漿含二氧化硅砂。
      14.權(quán)利要求1-13中任一權(quán)利要求所述的水泥漿,其特點在于表面活性劑為乙氧化壬基酚硫酸鹽(300E)。
      15.以上權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的水泥漿,其特點在于該水泥漿含有傳統(tǒng)的添加劑如阻泡劑、緩凝劑和速凝劑、分散劑、減重劑、增重劑等。
      16.在鉆油井、天然氣井、水井或地?zé)峋畷r向環(huán)狀空間注水泥的方法,其特點在于用泵將權(quán)利要求1-15中任一權(quán)利要求所述的混合物送入環(huán)狀空間。
      全文摘要
      本發(fā)明涉及油井之類注水泥用的能很好地控制濾失量的水泥漿,其特點在于水泥漿的混合液體是一種用至少一種表面活性劑穩(wěn)定的水包油乳狀液。
      文檔編號C09K8/487GK1033042SQ8810751
      公開日1989年5月24日 申請日期1988年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1987年11月3日
      發(fā)明者瓊·弗朗克斯·貝爾特, 貝爾卡賽姆·布撒拉 申請人:帕姆普泰克公司
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