延遲凝固的水泥組合物的運(yùn)輸和輸送的制作方法
【專利摘要】本文公開用于將延遲凝固的水泥組合物運(yùn)輸并輸送到井場的方法和系統(tǒng)。注水泥的方法可包括制備延遲凝固的水泥組合物。所述方法還可包括存儲(chǔ)所述延遲凝固的水泥組合物。所述方法還可包括在圍堵容器中將所述延遲凝固的水泥組合物運(yùn)輸?shù)骄畧?。所述方法還可包括將所述延遲凝固的水泥組合物從所述圍堵容器卸放并且卸放到井筒中。
【專利說明】延遲凝固的水泥組合物的運(yùn)輸和輸送
【背景技術(shù)】
[0001]實(shí)施方案涉及注水泥操作，并且在某些實(shí)施方案中，涉及用于將延遲凝固的水泥 組合物運(yùn)輸并輸送到井場的方法和系統(tǒng)。
[0002] 水泥組合物可在多種地下操作中使用。例如，在地下井施工中，管柱(例如，套管、 襯管、膨脹管等)可伸入井筒中并且用水泥固定在適當(dāng)位置。將管柱用水泥固定在適當(dāng)位置 的方法通常稱為"初次注水泥"。在典型的初次注水泥方法中，水泥組合物可被栗送入井筒 的壁與設(shè)置在井筒中的管柱的外表面之間的環(huán)帶中。水泥組合物可在環(huán)狀空間中凝固，由 此形成具有硬化的、大致上不可透水泥的環(huán)狀護(hù)套（即水泥護(hù)套），所述環(huán)狀護(hù)套可將管柱 支撐并定位在井筒中并且可將管柱的外表面粘結(jié)到地下地層。除了其他情況之外，圍繞管 柱的水泥護(hù)套可起作用防止環(huán)帶中流體的迀移，并且保護(hù)管柱不受腐蝕。水泥組合物還可 用于補(bǔ)注水泥方法中，例如，用于密封管柱或水泥護(hù)套中的裂痕或孔洞，用于密封高滲透地 層區(qū)域或斷口，用于放置水泥塞等等。水泥組合物還可在封堵-和-廢棄操作中用于水泥塞 的放置。
[0003] 廣泛多種的水泥組合物已用于地下注水泥操作中。在一些情況中，已使用延遲凝 固的水泥組合物。延遲凝固的水泥組合物具有延長的凝固，這是因?yàn)樗鼈儽惶貏e配制來在 存儲(chǔ)時(shí)在室溫（例如，約80°F)下保持在可栗送流體狀態(tài)達(dá)約1天或更長（例如，約7天、約2 周、約2年或更長）內(nèi)。當(dāng)需要使用時(shí)，延遲凝固的水泥組合物應(yīng)能夠被活化，由此產(chǎn)生合理 的抗壓強(qiáng)度。例如，水泥凝固速凝劑可被加入延遲凝固的水泥組合物中，由此所述組合物凝 固成硬化塊。除了其他情況之外，延遲凝固的水泥組合物可適合用于井筒應(yīng)用中，例如，當(dāng) 希望提前制備水泥組合物時(shí)的情況。這可允許例如水泥組合物在使用之前被存儲(chǔ)。此外，這 可允許例如在方便的位置處制備水泥組合物并且接著將其運(yùn)輸?shù)焦ぷ鞯攸c(diǎn)。盡管延遲凝固 的水泥組合物迄今已有所發(fā)展，但是它們在地下注水泥操作中的成功使用存在挑戰(zhàn)。例如， 延遲凝固的水泥組合物的成功制備、存儲(chǔ)和運(yùn)輸可能是有問題的。明確來說，延遲凝固的水 泥組合物通常含有相當(dāng)數(shù)量的固體，所述固體在延長時(shí)間段內(nèi)存儲(chǔ)時(shí)會(huì)在混合水中沉降或 另外離析。這會(huì)阻止使用常規(guī)栗送系統(tǒng)來循環(huán)材料和/或?qū)⑵鋸拇鎯?chǔ)容器中移除以便將其 向井下栗送的能力。此外，沉降和/或離析還可能不合需要地產(chǎn)生非均質(zhì)組合物，這會(huì)致使 組合物的過早沉降、沉降滯后和/或缺少沉降。
[0004] 附圖簡述
[0005] 這些圖示出本發(fā)明方法的一些實(shí)施方案的某些方面，并且不應(yīng)用來限制或限定所 述方法。
[0006] 圖1是根據(jù)某些實(shí)施方案的在固井中采用延遲凝固的水泥組合物的方法的流程 圖。
[0007] 圖2是示出根據(jù)某些實(shí)施方案的可與延遲凝固的水泥組合物一起使用的圍堵容器 的示意圖。
[0008] 圖3是示出根據(jù)某些實(shí)施方案可與延遲凝固的水泥組合物一起使用的替代圍堵容 器的示意圖。
[0009] 圖4是圖3的圍堵容器的頂視圖。
[0010] 圖5是示出根據(jù)某些實(shí)施方案的用于在固井中與延遲凝固的水泥組合物一起使用 的注水泥系統(tǒng)的示意圖。
[0011] 圖6是示出根據(jù)某些實(shí)施方案用于在固井中與延遲凝固的水泥組合物一起使用的 替代系統(tǒng)的示意圖。
[0012] 詳述
[0013] 實(shí)施方案涉及注水泥操作，并且在某些實(shí)施方案中，涉及用于將延遲凝固的水泥 組合物運(yùn)輸和輸送到井場的方法和系統(tǒng)。所公開的技術(shù)可在多種地面和地下注水泥應(yīng)用 (包括初次注水泥操作和補(bǔ)注水泥操作）中以及封堵-和-廢棄操作(可以是陸上操作或海上 操作）中與延遲凝固的水泥組合物一起使用。此外，所公開的技術(shù)可用于任何類型的地下地 層中的水平、垂直、偏斜或其他非線性井筒中。所公開的技術(shù)可適用于注入井、監(jiān)測井和生 產(chǎn)井(包括油氣井或地?zé)峋┲小?br>[0014] 圖1示出可采用來用于在固井中使用延遲凝固的水泥組合物的示例性方法。在框 100處，方法可包括制備延遲凝固的水泥組合物。在框102處，方法可包括存儲(chǔ)延遲凝固的水 泥組合物。在框104處，方法可包括將延遲凝固的水泥組合物運(yùn)輸?shù)骄畧觥Ｔ诳?06處，方法 可包括將延遲凝固的水泥組合物從圍堵容器卸放到井筒中。用于卸放(框106)中的圍堵容 器(例如，圖2的圍堵容器108,圖3的圍堵容器108'）還可用于延遲凝固的水泥組合物的制備 (框100)、存儲(chǔ)(框102)和/或運(yùn)輸(框104)。
[0015] 在框100處，方法可包括制備延遲凝固的水泥組合物。如先前所提及，延遲凝固的 水泥組合物是指已被特別配制來在存儲(chǔ)時(shí)保持在可栗送流體狀態(tài)達(dá)延長的時(shí)間段的水泥 組合物。延遲凝固的水泥組合物可在存儲(chǔ)時(shí)間歇地?cái)嚢杌蛞云渌绞綌噭?dòng)。例如，延遲凝固 的水泥組合物可保持在可栗送流體狀態(tài)達(dá)約1天、約2周、約2年或更長。在活化之后，延遲凝 固的水泥組合物可產(chǎn)生合理的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)流體具有小于70伯登稠度單位（"Be"）的稠度 時(shí)，所述流體被認(rèn)為處于可栗送流體狀態(tài)，所述稠度是根據(jù)API RP PracticelOB-2, Recommended Practice for Testing Well Cements,第一版，2005年7月中闡述的用于測 定水泥增稠時(shí)間的程序在加壓稠度計(jì)上測量。下文更詳細(xì)地描述可與圖1的方法和本文公 開的其他方法一起使用的適合的延遲凝固的水泥組合物的實(shí)例。
[0016] 延遲凝固的水泥組合物可根據(jù)多種不同技術(shù)來制備。干燥成分(例如，水泥、火山 灰、石灰等)可干混來形成干混物。例如，干燥成分可以散裝形式在集中位置處(諸如在散裝 水泥廠處)進(jìn)行干混。干混物可以干燥散裝形式存儲(chǔ)或立即使用。在所希望的時(shí)間處，干混 物可與水和其他液體或干燥成分混合以便形成延遲凝固的水泥組合物。多種不同設(shè)備可適 用于延遲凝固的水泥組合物的制備，所述設(shè)備諸如分批混合器或再循環(huán)混合器。含有攪拌 混合葉片(諸如槳葉）的專用圍堵容器可用來混合干混物和水。下文參考圖2-4更詳細(xì)描述 可用于延遲凝固的水泥組合物的制備中的圍堵容器(例如，圍堵容器108、圍堵容器108'）的 實(shí)例。
[0017] 在框102處，方法可包括存儲(chǔ)延遲凝固的水泥組合物。延遲凝固的水泥組合物可存 儲(chǔ)在用在其制備中的圍堵容器中或延遲凝固的水泥組合物可被轉(zhuǎn)移到一個(gè)或多個(gè)不同的 圍堵容器以供存儲(chǔ)。延遲凝固的水泥組合物可以液體存儲(chǔ)形式保持，其可以位于散料廠或 另一位置處。在特定實(shí)施方案中，延遲凝固的水泥組合物可在海上運(yùn)輸并且存儲(chǔ)在例如鉆 機(jī)上的井場處。因?yàn)樗嘟M合物是延遲凝固的，所以它應(yīng)能夠以液體存儲(chǔ)形式保持達(dá)延長 時(shí)間段。例如，延遲凝固的水泥組合物可以液體存儲(chǔ)形式保持在可栗送流體狀態(tài)下達(dá)至少 約1天、約7天、約10天、約20天、約30天、約40天、約50天、約60天或更長。延遲凝固的水泥組 合物可在存儲(chǔ)時(shí)被間歇地?cái)噭?dòng)或以其他方式攪拌。保持延遲凝固的水泥組合物的圍堵容器 可含有混合葉片，所述混合葉片可用來間歇地?cái)嚢杞M合物。在存儲(chǔ)在散料廠和/或井場期 間，另外的添加劑(可以是干燥材料或液體材料)可被加入延遲凝固的水泥組合物中以便幫 助維持充分混合的可栗送流體。例如，這些另外的添加劑可包括但不限于增粘劑、分散劑、 凝固緩凝劑、速凝劑、失液量控制添加劑和其組合。
[0018] 在框104處，方法可包括將延遲凝固的水泥組合物運(yùn)輸?shù)骄畧觥Ｔ诰畧鎏?，如果?立即使用，那么延遲凝固的水泥組合物還可被存儲(chǔ)。例如，延遲凝固的水泥組合物可存儲(chǔ)約 1天或更長直到在固井中使用。延遲凝固的水泥組合物可在位于井場處的同時(shí)被間歇地?cái)?動(dòng)或以其他方式攪拌。延遲凝固的水泥組合物可在與用于其制備和/或存儲(chǔ)相同的圍堵容 器中運(yùn)輸?shù)骄畧?。替代地，延遲凝固的水泥組合物可被轉(zhuǎn)移到一個(gè)或多個(gè)不同的圍堵容器 以供運(yùn)輸。根據(jù)特定應(yīng)用的需要，井場可以在陸上或海上。本發(fā)明技術(shù)的使用可尤其在船載 容器的空間可能很有限的海上有優(yōu)勢，因?yàn)榭赡懿恍枰F(xiàn)場大容量存儲(chǔ)與混合設(shè)備。因?yàn)?延遲凝固的水泥組合物可從圍堵容器栗送到井筒中，所以可能不需要現(xiàn)場大容量存儲(chǔ)與混 合設(shè)備。通過消除通常用于注水泥操作的復(fù)雜栗送與混合設(shè)備，本發(fā)明技術(shù)可大大降低注 水泥操作的成本和復(fù)雜性。裝配和執(zhí)行某些注水泥操作(封堵-和-廢棄操作)所需要的時(shí)間 可減少多達(dá)至少50 %或更多。
[0019] 可取得延遲凝固的水泥組合物的樣本例如以便確保正確的制備?？蓤?zhí)行樣本的實(shí) 驗(yàn)室測試來保證延遲凝固的水泥組合物的性能。可在存儲(chǔ)步驟(框102)和/或運(yùn)輸步驟(框 104)之前或之后取得樣本。
[0020] 在框106處，方法可包括將延遲凝固的水泥組合物栗送到井筒。延遲凝固的水泥組 合物可直接從圍堵容器栗送，而無需使用任何另外的現(xiàn)場大容量存儲(chǔ)和/或混合設(shè)備。在一 些實(shí)施方案中，延遲凝固的水泥組合物可被重力饋料到栗(例如，離心栗或其他適合的栗）， 以便栗送到井下栗以供輸送到井筒中。在延遲凝固的水泥組合物被栗送到井筒之前或同 時(shí)，水泥凝固活化劑可被加入所述延遲凝固的水泥組合物中。例如，水泥凝固活化劑可被直 接加入圍堵容器，或替代地，加入正被輸送到井筒的延遲凝固的水泥組合物的流動(dòng)物流。在 活化之后，延遲凝固的水泥組合物可凝固來形成硬化塊。例如，在放置在井筒中達(dá)約1小時(shí) 至約12小時(shí)或更長的時(shí)間段之后，延遲凝固的水泥組合物可凝固來形成硬化塊。例如，延遲 凝固的水泥組合物的實(shí)施方案可凝固來在約3小時(shí)、約6小時(shí)、約12小時(shí)、約1天或約更長的 任何時(shí)間之間的范圍內(nèi)和/或包括任何時(shí)間的時(shí)間段內(nèi)形成硬化塊。水泥凝固活化劑和可 在井場處與延遲凝固的水泥組合物組合的其他添加劑可通過受益于本公開的本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員已知的任何適合手段運(yùn)輸?shù)骄畧觥?br>[0021] 如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解的，延遲凝固的水泥組合物可在多種不同的地下 操作中栗送到井筒中，所述地下操作包括初次注水泥和補(bǔ)注水泥以及封堵-和-廢棄操作。 例如，延遲凝固的水泥組合物可栗送到井筒中并且使其凝固。延遲凝固的水泥組合物可在 井筒中、近井筒區(qū)域中或兩者中凝固。
[0022] 在初次注水泥中，延遲凝固的水泥組合物可被引入位于井筒中的管道與井筒的壁 (和/或井筒中的較大管道)之間的環(huán)狀空間中，其中所述井筒穿透地下地層。可使延遲凝固 的水泥組合物在環(huán)狀空間中凝固以便形成硬化水泥的環(huán)狀護(hù)套。延遲凝固的水泥組合物可 形成防止流體在井筒中迀移的屏障。延遲凝固的水泥組合物還可以例如將管道支撐在井筒 中。
[0023] 在補(bǔ)注水泥中，延遲凝固的水泥組合物可用在例如擠壓注水泥操作中或替代水泥 塞。例如，延遲凝固組合物可被放置在井筒中以便堵塞地層中、填礫(grave 1 pack)中、管道 中、水泥護(hù)套中和/或水泥護(hù)套與管道之間（例如，微環(huán)帶）的開口（例如，空隙或裂紋）。
[0024] 在封堵-和-廢棄操作中，延遲凝固的水泥組合物可用來在井筒中形成塞塊以便密 封井筒以供廢棄處理。在執(zhí)行封堵-和-廢棄操作中，延遲凝固的水泥組合物可被放置在井 筒中所希望的深度處。延遲凝固的水泥組合物應(yīng)在井筒中凝固，從而形成密封井筒的選定 間隔的硬化塊(例如，塞塊）。塞塊應(yīng)防止和/或減少可能污染含水地層的流體的區(qū)帶連通和 前移。在某些情況中，可能希望在井筒中相鄰于產(chǎn)油氣地層和含水地層處形成一個(gè)或多個(gè) 塞塊。
[0025] 現(xiàn)在參考圖2,示出用于保持延遲凝固的水泥組合物的示例性圍堵容器108。圍堵 容器 108可與上文參考圖丨描述的方法一起使用，但還可與其他方法一起使用，所述其他方 法在固井中利用延遲凝固的水泥組合物。圍堵容器108可具有多種功能。首先，圍堵容器108 可用于制備延遲凝固的水泥組合物，其中干混物可與水組合并且接著在圍堵容器108中混 合。第二，圍堵容器108可用于存儲(chǔ)延遲凝固的水泥組合物。第三，圍堵容器108可以是便攜 式的并且用于將延遲凝固的水泥組合物運(yùn)輸?shù)骄畧?。圍堵容?08可被設(shè)計(jì)來在轉(zhuǎn)送到井 場的同時(shí)符合運(yùn)輸部門和海上運(yùn)輸和抬升規(guī)定。第四，圍堵容器108可用于延遲凝固的水泥 組合物在井場處的另外存儲(chǔ)。第五，延遲凝固的水泥組合物可用作卸放容器，延遲凝固的水 泥組合物可從所述卸放容器饋料到一個(gè)或多個(gè)栗以供輸送到井筒。應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)在固井中 使用延遲凝固的水泥組合物時(shí)，圍堵容器108可用來執(zhí)行前述功能的任何組合。例如，圍堵 容器108可用在延遲凝固的水泥組合物的制備、存儲(chǔ)、運(yùn)輸和/或卸放到井筒中。
[0026] 圍堵容器108可包括由殼體112界定的混合室110。殼體112可大體上為圓柱形、矩 形或任何其他適合的形狀，以用于延遲凝固的水泥組合物的保持和混合。殼體112可以具有 閉合的頂部114。如圖所示，殼體112可具有錐形底部部分116。出口 118可被界定在錐形底部 部分116中，延遲凝固的水泥組合物可通過所述出口 118退出殼體112。出口管道120可被聯(lián) 接到殼體112的出口 118。閥門122可被設(shè)置在出口管道120中，以用于控制延遲凝固的水泥 組合物退出殼體112的流動(dòng)。
[0027]圍堵容器108還可包括框架123,所述框架123可被聯(lián)接到殼體112?？蚣?23可大體 上支撐和/或定位殼體112。框架123可包括可用來促進(jìn)圍堵容器108的運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)孔 124(例如，叉車孔）。如圖所示，孔124可被設(shè)置在框架123中，所述孔124可用來促進(jìn)例如通 過叉車抬升圍堵容器108。在所示出的實(shí)施方案中，孔124定位在框架123的底端126中?？蚣?123還可包括抬升裝置，諸如突出部128,所述突出部128可促進(jìn)圍堵容器108的抬升。
[0028]圍堵容器108還可包括安裝在軸132上的混合葉片130。軸132可被設(shè)置在混合室 110中。如圖所示，混合葉片130可安裝在軸132的下端上。馬達(dá)134可用來驅(qū)動(dòng)軸132。因?yàn)樵?一些井場處鉆機(jī)空氣可易于獲得，所以在一些實(shí)施方案中，馬達(dá)134可以是氣動(dòng)馬達(dá)。在其 他實(shí)施方案中，馬達(dá)134可以是電動(dòng)馬達(dá)或液壓馬達(dá)。因此，一旦延遲凝固的水泥組合物已 固定(例如，一天或更長），鉆機(jī)空氣就可被耦合到馬達(dá)134,并且可攪拌延遲凝固的水泥組 合物。盡管多種不同形狀可能是適合的，但是混合葉片130可以是槳狀，如在圖2中所示。根 據(jù)特定應(yīng)用的需要，混合葉片130可以是變槳距的或不變槳距的。盡管圖2僅示出兩個(gè)混合 葉片130,應(yīng)當(dāng)理解，可根據(jù)特定應(yīng)用的需要使用更多或更少的混合葉片130。此外，混合葉 片130在軸132上的放置還可與在圖2中描繪的有所不同。
[0029] 可根據(jù)特定應(yīng)用的需要設(shè)定圍堵容器108的大小。例如，圍堵容器108的殼體112可 具有約400加侖至約2，000加侖的體積(最高至閉合頂部114)。然而，根據(jù)特定應(yīng)用的需要， 殼體112可具有在這些范圍之外的大小。在一些實(shí)施方案中，殼體112的大小可限于約2,000 加侖，以便提供可合理地運(yùn)輸并且抬升到井場或平臺(tái)的系統(tǒng)。在一些情況中，殼體112的大 小可受位置上可用的吊車的抬升容量所限制。在大多數(shù)情況下，殼體112的容量可具有約4， 〇〇〇加侖的上限。
[0030] 現(xiàn)在參考圖3和圖4,示出圍堵容器108'的另一實(shí)例。在圖3和圖4中示出的圍堵容 器108'可用于實(shí)現(xiàn)與上文結(jié)合圖2所描述相同的功能。在所示出的實(shí)施方案中，出于說明性 目的移除了圍堵容器108'的部件中的一些。例如，圍堵容器108'還可包括框架123、馬達(dá)134 和出口 118,如在圖2中所示。圖3和圖4的圍堵容器108'類似于圖2中示出的圍堵容器，只不 過替代在軸132的下端上具有兩個(gè)混合葉片130,圖3和圖4中示出的圍堵容器108包括垂直 地布置在軸132'上的面朝下混合葉片136和面朝上混合葉片138。如通過圖3中的箭頭140所 表示，軸132'可在殼體112'中逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。應(yīng)當(dāng)理解，面朝下混合葉片136和面朝上混合葉 片138基于軸旋轉(zhuǎn)的方向被分類成面朝下和面朝上，所述軸旋轉(zhuǎn)的方向在這個(gè)實(shí)施方案中 是逆時(shí)針。面朝下混合葉片136和面朝上混合葉片138可相對于軸132'的徑向平面成傾斜角 度。
[0031] 如圖所示，軸132'可分成具有面朝下混合葉片136和面朝上混合葉片138的四個(gè)垂 直層級。在所示的實(shí)施方案中，一對面朝下混合葉片136和一對面朝上混合葉片138被示出 在軸132'的垂直層級中的三個(gè)處。然而，軸132'的最低層級包括一對面朝上混合葉片138和 一對任選地直角混合葉片142。直角混合葉片142可用來代替軸132'的一個(gè)或多個(gè)層級處的 面朝下混合葉片136,如在圖3中所示。直角混合葉片142可相對于軸132'的徑向平面成約 90°的角度。應(yīng)當(dāng)理解，可根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案使用面朝下混合葉片136和面朝上混合葉片 138的可替代配置。例如，可在不脫離本公開范圍的情況下修改面朝下混合葉片136和面朝 上混合葉片138的類型和位置。
[0032] 面朝下混合葉片136和面朝上混合葉片138可通過臂聯(lián)接到軸132'。如圖4最清楚 所見，面朝下混合葉片136可通過長臂144聯(lián)接到軸132'，并且面朝上混合葉片138可通過短 臂146聯(lián)接到軸132'。用于將面朝下混合葉片136和面朝上混合葉片138連接到殼體112'的 臂(例如，長臂144、短臂146)的長度變化可影響圍堵容器108'中延遲凝固的水泥組合物的 混合均勻性。
[0033] 參考圖3和圖4,圍堵容器108'還可包括擋板148。擋板148可包括在圍堵容器108' 上以便提高延遲凝固的水泥組合物的混合均勻性。如圖所示，擋板148可安裝在殼體112'的 內(nèi)表面150上。如圖4最清楚所見，四個(gè)擋板148可被聯(lián)接到殼體112'。然而，用在圍堵容器 108'中的擋板148的數(shù)量可根據(jù)特定應(yīng)用的需要而變化。在所示的實(shí)施方案中，擋板148均 勻地布置在殼體112 '中并且沿殼體112 '的內(nèi)表面150向下垂直地延伸。
[0034] 可用于延遲凝固的水泥組合物的制備、存儲(chǔ)和/或運(yùn)輸?shù)幕旌先萜?諸如圍堵容器 108或圍堵容器108'）可被設(shè)計(jì)來優(yōu)化延遲凝固的水泥組合物的混合，以便因此提供均質(zhì)的 并且可在延長時(shí)間段內(nèi)存儲(chǔ)保持而沒有不希望的凝膠作用和固體沉降的延遲凝固的水泥 組合物。非牛頓流體(諸如赫謝爾-巴爾克萊型流體)的混合有效性和效率可取決于設(shè)計(jì)混 合容器和攪拌葉片/設(shè)備以便實(shí)現(xiàn)均勻速度和均勻剪切速率。更均勻的速度分布曲線趨于 提高剪切速率的均勻性。利用赫謝爾-巴爾克萊型流體，粘度應(yīng)對剪切速率非常敏感。例如， 在這種情況下，低剪切速率可導(dǎo)致濃的、粘稠的延遲凝固的水泥組合物，而高剪切速率可致 使產(chǎn)生低粘度的延遲凝固的水泥組合物。在設(shè)計(jì)混合設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域中，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到粘度 的大變化可顯著增加實(shí)現(xiàn)均勻混合的難度。因此，本文提出兩種方法，二者都旨在實(shí)現(xiàn)整個(gè) 混合容器中的均勻剪切速率:最大化速度均勻性;和最大化"第二不變量"的均勻性。為按此 實(shí)現(xiàn)，速度均勻性指數(shù)（"VUI"）和第二不變量的均勻性指數(shù)（"UISI"）均被最大化。可用來優(yōu) 化混合的一種技術(shù)可包括在混合容器中混合的同時(shí)最大化流體中的剪切速率的均勻性。剪 切速率的均勻性可通過最大化VUI和UISI來最大化。用于最大化這兩個(gè)變量的示例性技術(shù) 將在以下部分中更詳細(xì)地描述。
[0035] 有限元分析（"FEA"）建模可用來在最大化UISI的同時(shí)也最大化VUI。下文的方程 [1]提供可用來對本文公開的延遲凝固的水泥組合物的流變性建模的赫謝爾-巴爾克萊 ("耶"）粘度測定模型：
[0036] .rb + .?}甸
[0037] 其中：τ是剪切應(yīng)力函數(shù);τ。是屈服應(yīng)力;Khb是在1.0(l/seC)的剪切速率下等于表 觀粘度的稠度系數(shù);f是剪切速率并且n hb是剪切稀化指數(shù)，所述剪切稀化指數(shù)針對剪切稀 化流體（已知為假塑性流體)來說在〇至0.99的范圍內(nèi)，并且如果n hb=1.0,那么τ。為零的情 況下，流體為牛頓流體，并且τ〇>0的情況下，流體為賓漢塑性，而如果n hb>1.0,那么流體為脹 性的或剪切稠化流體。
[0038]選擇HB模型，因?yàn)槠溥m合于預(yù)測延遲凝固的水泥組合物的廣泛范圍的流動(dòng)行為。 已經(jīng)測試延遲凝固的水泥組合物，其范圍為從假塑性流體到類賓漢流體(nhb=l)再到脹性 流體。然而，本發(fā)明技術(shù)不應(yīng)限制為HB模型并且其他適合的模型可用于的流體流變性建模。 [0039]可通過下文的方程[2]定義VUI:
[0040] P1
[0041] ⑶
[0042]
[0043] ￥\1!1、￥\,111和￥2,111是體積要素111中的速度矢量，其中1]1是1至？^是混合容器(諸如圍堵 容器108或圍堵容器108'）中體積要素的數(shù)量。
[0044] Darby，R. 1976.Viscoelastic Fluids,Marcel Dekker，第191-194頁通過以下方 程[5]定義了針對笛卡兒坐標(biāo)的應(yīng)變速率張量的第二不變量(-II):
[0045]
Pi
[0046] 在以下方程[6]中定義UISI:
[0047] UISI = I/{(-II)m的標(biāo)準(zhǔn)偏差}，ml 至p。 [6]
[0048] 使用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)FEA建模，使用針對使應(yīng)變速率(剪切速率)與剪切應(yīng)力相關(guān) 的粘度函數(shù)的方程[1]來計(jì)算出針對m的每個(gè)值的方程[5]的值，可求解方程[6]獲得混合容 器(諸如圍堵容器108或圍堵容器108'）中的體積要素(m)。圍堵容器108或圍堵容器108'或 其他適合的混合容器可根據(jù)這種技術(shù)來設(shè)計(jì)以便最大化VUI和UISI。例如，混合元件的體積 和類型、數(shù)量和布置可被修改來最大化這兩個(gè)變量。
[0049] 現(xiàn)在參考圖5,示出可用來將延遲凝固的水泥組合物輸送到穿透地下地層156的井 筒154中的注水泥系統(tǒng)152。注水泥系統(tǒng)152可包括一個(gè)或多個(gè)卸放容器153,所述卸放容器 153可含有延遲凝固的水泥組合物。與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，延遲凝固的水泥組合物可從卸放容器 153輸送到井筒154,而不需要任何另外的共混或混合設(shè)備。具體來說，卸放容器153可用于 延遲凝固的水泥組合物的卸放以及制備、存儲(chǔ)和/或運(yùn)輸。下文更詳細(xì)地描述可與注水泥系 統(tǒng)152-起使用的延遲凝固的水泥組合物。盡管示出卸放容器153中的三個(gè)卸放容器，但是 注水泥系統(tǒng)152可基于延遲凝固的水泥組合物的所需體積和卸放容器153的容量而包括多 于或少于三個(gè)的卸放容器153。卸放容器153的設(shè)計(jì)不應(yīng)限于圖4中所示出的那種設(shè)計(jì)。例 如，圍堵容器1〇8(例如，圖2)或圍堵容器108'（例如，圖3和圖4)可用作注水泥系統(tǒng)152中的 卸放容器153中的一個(gè)或多個(gè)卸放容器。能夠制備、存儲(chǔ)和/或運(yùn)輸延遲凝固的水泥組合物 的容器的其他適合配置也可用在注水泥系統(tǒng)152中。應(yīng)當(dāng)理解，注水泥系統(tǒng)152可結(jié)合本文 公開的技術(shù)使用，所述技術(shù)諸如在圖1中公開的用于在固井中使用延遲凝固的水泥組合物 的方法。
[0050] 注水泥系統(tǒng)152還可包括一個(gè)或多個(gè)促凝劑容器155,所述促凝劑容器155含有水 泥凝固速凝劑。促凝劑容器155可以與結(jié)合延遲凝固的水泥組合物使用的卸放容器153相同 或不同。用于制備、存儲(chǔ)水泥凝固速凝劑和/或?qū)⑵溥\(yùn)輸?shù)骄畧龅娜魏芜m合的容器可與注水 泥系統(tǒng)152-起使用。下文更詳細(xì)地描述可使用的水泥凝固速凝劑。
[0051] 栗157可通過歧管158聯(lián)接到卸放容器153和促凝劑容器155。栗157可以是多種類 型的栗中的一種，包括但不限于：離心栗；正位移栗;漸進(jìn)腔式栗；齒輪栗；螺桿栗等等。栗 157可將延遲凝固的水泥組合物和水泥凝固速凝劑從它們相應(yīng)的容器中抽出并且將所組合 的混合物供應(yīng)到井下栗160。井下栗160可包括但不限于:離心栗;正位移栗;漸進(jìn)腔式栗;齒 輪栗;螺桿栗等等?？蛇M(jìn)行自動(dòng)控制或人工控制的液體添加劑栗162可用來控制用于栗157 的抽吸的水泥速凝劑的量。液體添加劑栗162可包括但不限于:離心栗;正位移栗;漸進(jìn)腔式 栗;齒輪栗;螺桿栗等等。
[0052] 現(xiàn)在參考圖6,示出可用來將延遲凝固的水泥組合物輸送到穿透地下地層156的井 筒154中的替代注水泥系統(tǒng)152'。如由圖6所示，注水泥系統(tǒng)152'可包括通過歧管158聯(lián)接到 井下栗160的卸放容器153。注水泥系統(tǒng)152'還可包括一個(gè)或多個(gè)促凝劑容器155。與圖5中 示出的注水泥系統(tǒng)152相比，圖6中示出的促凝劑容器155可被配置來將水泥凝固速凝劑輸 送到卸放容器153,而不是栗157(例如，圖5)的抽吸。液體添加劑栗162可用于將水泥凝固速 凝劑輸送到卸放容器153。卸放容器153可用來混合延遲凝固的水泥組合物和水泥凝固速凝 劑?？稍谳斔偷骄?54中之前取得并測試這個(gè)混合物的樣本。延遲凝固的水泥組合物和水 泥凝固速凝劑的混合物可從卸放容器153饋料到井下栗160并且被栗送到井筒154中。
[0053] 下文更詳細(xì)地描述可與注水泥系統(tǒng)152'一起使用的延遲凝固的水泥組合物。卸放 容器153的設(shè)計(jì)不應(yīng)限于圖6中所示出的那種設(shè)計(jì)。例如，圍堵容器108(例如，圖2)或圍堵容 器108'（例如，圖3和圖4)可用作注水泥系統(tǒng)152'中的卸放容器153中的一個(gè)或多個(gè)卸放容 器。能夠制備、存儲(chǔ)和/或運(yùn)輸延遲凝固的水泥組合物的容器的其他適合配置也可用在注水 泥系統(tǒng)152'中。應(yīng)當(dāng)理解，水泥系統(tǒng)152'可結(jié)合本文公開的技術(shù)使用，所述技術(shù)諸如在圖1 中公開的用于在固井中使用延遲凝固的水泥組合物的方法。
[0054] 如上所述，所公開的技術(shù)可與延遲凝固的水泥組合物一起使用?？墒褂枚喾N不同 的延遲凝固的水泥組合物，所述延遲凝固的水泥組合物通常可包含水、可凝固組分和凝固 緩凝劑。一種延遲凝固的水泥組合物可包含水、浮石、石灰和凝固緩凝劑。任選地，延遲凝固 的水泥組合物還可包含分散劑。在所希望的時(shí)間處，水泥凝固活化劑可用來活化延遲凝固 的水泥組合物。延遲凝固的水泥組合物可保持在可栗送流體狀態(tài)達(dá)至少約1天、約2周、約2 年或更長。有利地，延遲凝固的水泥組合物可在相對低的溫度下活化后產(chǎn)生合理的抗壓強(qiáng) 度。
[0055] 水可來自于任何來源，只要它不含可能不合需要地影響延遲凝固的水泥組合物中 的其他組分的過量化合物即可。例如，延遲凝固的水泥組合物可包含淡水或鹽水（s a 11 water)。鹽水中通?？砂ㄒ环N或多種溶解的鹽并且可根據(jù)特定應(yīng)用的需要為飽和或不飽 和的。海水或鹽水(brine)可適合在實(shí)施方案中使用。此外，水可以足以形成可栗送衆(zhòng)液的 量存在。在某些實(shí)施方案中，水可以在浮石的約33重量％至約200重量％范圍內(nèi)的量存在于 延遲凝固的水泥組合物中。在某些實(shí)施方案中，水可以在浮石的約35重量％至約70重量％ 范圍內(nèi)的量存在于延遲凝固的水泥組合物中。受益于本公開的益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員將會(huì)認(rèn)識(shí)到用于選定應(yīng)用的水的適當(dāng)量。
[0056] 浮石可存在于延遲凝固的水泥組合物中。通常，浮石是可展現(xiàn)出膠結(jié)特性的火山 巖，這是因?yàn)樗稍谒鲜液退拇嬖谙履滩⒂不?。浮石還可被研磨。適合浮石的實(shí)例 可以DS-325輕骨料購自Hess Pumice Products, Inc.，Malad, Idaho,并且具有小于約15微 米的粒度。應(yīng)當(dāng)理解，過小的粒度可能具有可混合性問題，而過大的粒度可能不能有效懸浮 在組合物中。受益于本公開益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)能夠選擇適合于所選應(yīng)用的浮 石的粒度。
[0057] 石灰可存在于延遲凝固的水泥組合物中。在一些實(shí)施方案中，石灰可提供為生石 灰(氧化鈣），所述生石灰在與水混合時(shí)發(fā)生水合以形成水合石灰。在一些實(shí)施方案中，石灰 可提供為水合石灰。如本文所使用，術(shù)語"水合石灰"將理解為是指氫氧化鈣。石灰可包括在 延遲凝固的水泥組合物的實(shí)施方案中例如以便形成具有浮石的水硬組合物。例如，石灰可 以約10:1至約1:1或3:1至約5:1的浮石對石灰重量比率被包括。在存在時(shí)，石灰可例如以在 浮石的約10重量％至約100重量％范圍內(nèi)的量包括在延遲凝固的水泥組合物中。在一些實(shí) 施方案中，石灰可以在浮石的約10重量％、約20重量％、約40重量％、約60重量％、約80重 量％或約100重量％的任何量之間的范圍內(nèi)和/或包括任何量的量存在。在一些實(shí)施方案 中，延遲凝固的水泥組合物中存在的膠結(jié)組分可基本上由浮石和石灰組成。例如，膠結(jié)組分 可主要包含浮石和石灰，而沒有在水的存在下水硬地凝固的任何另外組分(例如，波特蘭水 泥、粉煤灰、礦渣水泥）。受益于本公開益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到針對所選 應(yīng)用來包括的石灰的量。
[0058] 凝固緩凝劑可存在于延遲凝固的水泥組合物中。廣泛多種的凝固緩凝劑可適合在 延遲凝固的水泥組合物中使用。例如，凝固緩凝劑可包括膦酸，諸如乙二胺四（亞甲基膦 酸）、二亞乙基三胺五（亞甲基膦酸）等；木質(zhì)素磺酸鹽，諸如木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈣 等;鹽，諸如硫酸亞錫、乙酸鉛、磷酸二氫鈣;有機(jī)酸，諸如檸檬酸、酒石酸等;纖維素衍生物， 諸如羥乙基纖維素(HEC)和羧甲基羥乙基纖維素(CMHEC);包含磺酸酯基和羧酸基的合成共 聚物或三元聚合物，諸如磺酸酯官能化的丙烯酰胺-丙烯酸共聚物;硼酸鹽化合物，諸如堿 性硼酸鹽、偏硼酸鈉、四硼酸鈉、五硼酸鉀;其衍生物或其混合物。適合的凝固緩凝劑的實(shí)例 包括膦酸衍生物以及其他。適合的凝固緩凝劑的一個(gè)實(shí)例是可購自Hal 1 iburton Energy Services, Inc的Micro Matrixκ水泥緩凝劑。通常，凝固緩凝劑可以足夠延遲凝固一段所需 時(shí)間的量存在于延遲凝固的水泥組合物中。在一些實(shí)施方案中，凝固緩凝劑可以在浮石的 約0.01重量％至約10重量％范圍內(nèi)的量存在于延遲凝固的水泥組合物中。在具體實(shí)施方案 中，凝固緩凝劑可以在浮石的約〇. 〇 1重量％、約〇. 1重量％、約1重量％、約2重量％、約4重 量％、約6重量％、約8重量％或約10重量％的任何量之間的范圍內(nèi)和/或包括任何量的量存 在。受益于本公開的益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到針對選定應(yīng)用來包括的凝固 緩凝劑的適當(dāng)量。
[0059]如先前所提及，延遲凝固的水泥組合物可任選地包含分散劑。適合的分散劑的實(shí) 例包括但不限于基于磺化甲醛的分散劑（例如，磺化丙酮甲醛縮合物），其實(shí)例可包括可購 自Geo Specialty Chemicals,Ambler，Pennsylvania的Daxad?^9分散劑。其他適合的分散 劑可以是聚羧酸醚分散劑，諸如可購自BASF Corporation Houston，Texas的.Liquiment? 5581F或Liquiment1' 514L分散劑，或可購自 Coatex，Genay，F(xiàn)rance的EthacrylTMG分散劑。適 合的可商購分散劑的另外實(shí)例是可購自Hall iburton Energy Services，Inc，Houston， Texas的CFR?-3分散劑。Liquiment? 514L分散劑可包含溶于水中的36重量％的聚羧酸醚。 盡管多種分散劑可根據(jù)實(shí)施方案來使用，聚羧酸醚分散劑可特別適合在一些實(shí)施方案中使 用。在不受理論限制的情況下，據(jù)信聚羧酸醚分散劑可協(xié)同地與延遲凝固的水泥組合物的 其他組分相互作用。例如，據(jù)信聚羧酸醚分散劑可與某些凝固緩凝劑(例如，膦酸衍生物)反 應(yīng)，從而引起在延長的時(shí)間段內(nèi)懸浮組合物中的浮石和水合石灰的凝膠的形成。
[0060]在一些實(shí)施方案中，分散劑可以在浮石的約0.01重量％至約5重量％范圍內(nèi)的量 包括在延遲凝固的水泥組合物中。在具體實(shí)施方案中，分散劑可以在浮石的約0.01重量％、 約0.1重量％、約0.5重量％、約1重量％、約2重量％、約3重量％、約4重量％或約5重量％的 任何量之間的范圍內(nèi)和/或包括任何量的量范圍存在。受益于本公開的益處的本領(lǐng)域的普 通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到針對選定應(yīng)用來包括的分散劑的適當(dāng)量。
[0061 ]適合于在地下注水泥操作中使用的其他添加劑還可包括在延遲凝固的水泥組合 物的實(shí)施方案中。這類添加劑的實(shí)例包括但不限于:加重劑、輕質(zhì)添加劑、產(chǎn)氣添加劑、機(jī)械 性能增強(qiáng)添加劑、堵漏材料、過濾控制添加劑、失液量控制添加劑、消泡劑、發(fā)泡劑、觸變性 添加劑和其組合。在實(shí)施方案中，這些添加劑的一種或多種可在存儲(chǔ)之后但是在將延遲凝 固的水泥組合物放置到地下地層中之前加入延遲凝固的水泥組合物中。受益于本公開的益 處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)很容易能夠確定用于特定應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)所需結(jié)果的添加劑的 類型和量。
[0062]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解延遲凝固的水泥組合物的實(shí)施方案應(yīng)通常具有適 合用于特定應(yīng)用的密度。例如，延遲凝固的水泥組合物可具有約4鎊每加侖（"lb/gal"）至約 201b/gal范圍內(nèi)的密度。在某些實(shí)施方案中，延遲凝固的水泥組合物可具有約81b/gal至約 171 b/ga 1范圍內(nèi)的密度。延遲凝固的水泥組合物的實(shí)施方案可為發(fā)泡的或未發(fā)泡的，或者 可包含其他方式來降低它們的密度，諸如中空微球、低密度彈性珠或本領(lǐng)域已知的其他降 低密度的添加劑。在實(shí)施方案中，密度可在存儲(chǔ)組合物之后，但在放置在地下地層之前被降 低。受益于本公開的益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到用于特定應(yīng)用的適當(dāng)密度。
[0063] 如先前所提及，延遲凝固的水泥組合物可具有延遲的凝固，只要它們在存儲(chǔ)時(shí)在 室溫(例如，約80°F)下保持在可栗送流體狀態(tài)達(dá)至少約一天(例如，至少約1天、約2周、約2 年或更長）。應(yīng)當(dāng)理解延遲凝固的水泥組合物可在存儲(chǔ)時(shí)被周期性地?cái)嚢?。例如，延遲凝固 的水泥組合物可保持在可栗送流體狀態(tài)達(dá)約1天至約7天或更長的一段時(shí)間。在一些實(shí)施方 案中，延遲凝固的水泥組合物可保持在可栗送流體狀態(tài)達(dá)至少約1天、約7天、約10天、約20 天、約30天、約40天、約50天、約60天或更長。
[0064] 當(dāng)需要使用時(shí)，延遲凝固的水泥組合物的實(shí)施方案可被活化(例如，通過與活化劑 組合)來凝固成硬化塊。如在本文所使用，術(shù)語"水泥凝固活化劑"或"活化劑"是指一種添加 劑，所述添加劑活化延遲凝固或嚴(yán)重緩凝水泥組合物并且還可加速延遲凝固、嚴(yán)重緩凝或 其他水泥組合物的凝固。例如，延遲凝固的水泥組合物的實(shí)施方案可被活化來在約1小時(shí)至 約12小時(shí)范圍內(nèi)的時(shí)間段中形成硬化塊。例如，延遲凝固的水泥組合物的實(shí)施方案可凝固 來在約1天、約2天、約4天、約6天、約8天、約10天或約12天的任何時(shí)間之間的范圍內(nèi)和/或包 括任何時(shí)間的時(shí)間段內(nèi)形成硬化塊。
[0065] 實(shí)施方案可包括將水泥凝固活化劑加入延遲凝固的水泥組合物中。適合的水泥凝 固活化劑的實(shí)例包括但不限于:沸石;胺類，諸如三乙醇胺、二乙醇胺;硅酸鹽，諸如硅酸鈉； 甲酸鋅;乙酸鈣;IA族和IIA族氫氧化物，諸如氫氧化鈉、氫氧化鎂和氫氧化鈣;一價(jià)鹽，諸如 氯化鈉;二價(jià)鹽，諸如氯化鈣;納米二氧化硅（即，具有小于或等于約100納米的粒度的二氧 化硅）；多磷酸鹽;和其組合。一些實(shí)施方案可包括水泥凝固活化劑，所述水泥凝固活化劑包 含納米二氧化硅。如本文所使用，術(shù)語"納米二氧化硅"是指具有小于或等于約100納米 ("nm"）的粒度的二氧化硅。在一些實(shí)施方案中，多磷酸鹽和一價(jià)鹽的組合可用于活化。一價(jià) 鹽可以是解離來形成一價(jià)陽離子的任何鹽，諸如鈉鹽和鉀鹽。適合的一價(jià)鹽的具體實(shí)例包 括硫酸鉀和硫酸鈉。多種不同的多磷酸鹽可與一價(jià)鹽組合使用以用于延遲凝固水泥組合物 的活化，包括聚合的偏磷酸鹽、磷酸鹽和其組合?？梢允褂玫钠姿峋酆衔稃}的具體實(shí)例包 括六偏磷酸鈉、三偏磷酸鈉、四偏磷酸鈉、五偏磷酸鈉、七偏磷酸鈉、八偏磷酸鈉和其組合。 適合的水泥凝固活化劑的具體實(shí)例包含硫酸鈉和六偏磷酸鈉的組合。在特定實(shí)施方案中， 活化劑可作為液體添加劑提供并加入延遲凝固水泥組合物中，所述液體添加劑例如包含一 價(jià)鹽、多磷酸鹽和任選地分散劑的液體添加劑。
[0066] -些實(shí)施方案可包括水泥凝固活化劑，所述水泥凝固活化劑包括一價(jià)鹽和多磷酸 鹽的組合。一價(jià)鹽和多磷酸鹽可在被加入延遲凝固水泥組合物之前組合或可單獨(dú)地加入延 遲凝固水泥組合物中。一價(jià)鹽可以是解離來形成一價(jià)陽離子的任何鹽，諸如鈉鹽和鉀鹽。適 合的一價(jià)鹽的具體實(shí)例包括硫酸鉀和硫酸鈉。多種不同的多磷酸鹽可與一價(jià)鹽組合使用以 用于延遲凝固水泥組合物的活化，所述多磷酸鹽包括例如偏磷酸聚合物鹽、磷酸鹽和其組 合?？梢允褂玫木酆系钠姿猁}的具體實(shí)例包括六偏磷酸鈉、三偏磷酸鈉、四偏磷酸鈉、五 偏磷酸鈉、七偏磷酸鈉、八偏磷酸鈉和其組合。適合的水泥凝固活化劑的具體實(shí)例包含硫酸 鈉和六偏磷酸鈉的組合。有趣的是，六偏磷酸鈉還在本領(lǐng)域中已知為波特蘭水泥的強(qiáng)緩凝 劑。由于多磷酸鹽的獨(dú)特化學(xué)性質(zhì)，多磷酸鹽可用作水泥凝固活化劑以用于本文公開的延 遲凝固水泥組合物的實(shí)施方案。一價(jià)鹽與多磷酸鹽的比率可在例如約5:1至約1:25或約1:1 至約1:10的范圍中。水泥凝固活化劑的實(shí)施方案可包含呈約5:1、2:1、約1:1、約1: 2、約1:5、 約1:10、約1:20或約1:25的任何比率(一價(jià)鹽與多磷酸鹽的比率)之間的范圍內(nèi)和/或包括 任何比率的比率的一價(jià)鹽和多磷酸鹽。
[0067] 在一些實(shí)施方案中，一價(jià)鹽和多磷酸鹽的組合可與分散劑和水混合以便形成用于 延遲凝固的水泥組合物的活化的液體添加物。適合的分散劑的實(shí)例包括但不限于先前描述 的分散劑，諸如基于磺化甲醛的分散劑和聚羧酸醚分散劑。適合的基于磺化甲醛的分散劑 的一個(gè)實(shí)例是可購自Halliburton Energy Services，Inc ·的磺化丙酮甲醛縮合物，如CFR-3?分散劑。適合的聚羧酸醚分散劑的一個(gè)實(shí)例是可購自BASF Corporation，Houston，Texas 的Liquimenf 514L或5581F分散劑。
[0068] 水泥凝固活化劑可以足以誘導(dǎo)延遲凝固的水泥組合物凝固成硬化塊的量加入延 遲凝固的水泥組合物的實(shí)施方案中。在某些實(shí)施方案中，水泥凝固活化劑可以在浮石的約 0.1重量％至約20重量％范圍內(nèi)的量加入延遲凝固的水泥組合物中。在具體實(shí)施方案中，水 泥凝固活化劑可以在浮石的約〇. 1重量％、約1重量％、約5重量％、約10重量％、約15重量％ 或約20重量％的任何量之間的范圍內(nèi)和/或包括任何量的量存在。受益于本公開的益處的 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到針對選定應(yīng)用來包括的水泥凝固活化劑的適當(dāng)量。
[0069] 本文公開的示例性延遲凝固的水泥組合物可直接或間接影響與所公開的延遲凝 固的水泥組合物的制備、輸送、取回（recapture)、再循環(huán)、重復(fù)使用和/或處置相關(guān)聯(lián)的一 種或多種組分或設(shè)備零件。例如，所公開的延遲凝固的水泥組合物可直接或間接影響用來 產(chǎn)生、存儲(chǔ)、監(jiān)測、調(diào)節(jié)和/或再調(diào)示例性延遲凝固的水泥組合物的一個(gè)或多個(gè)混合器、相關(guān) 混合設(shè)備、泥坑、存儲(chǔ)設(shè)施或單元、組合物分離器、換熱器、傳感器、計(jì)量器具、栗、壓縮機(jī)等 等。所公開的延遲凝固的水泥組合物還可直接或間接影響用來將延遲凝固的水泥組合物運(yùn) 送到井場或井下的運(yùn)輸或輸送設(shè)備，例如像用來在組成上將延遲凝固的水泥組合物從一個(gè) 位置移動(dòng)到另一位置的任何運(yùn)輸器皿、管道、管路、卡車、管式器具和/或管件，用來驅(qū)動(dòng)水 泥組合物運(yùn)動(dòng)的任何栗、壓縮機(jī)或馬達(dá)(例如位于頂側(cè)或井下），用來調(diào)節(jié)延遲凝固的水泥 組合物的壓力或流率的任何閥門或相關(guān)接頭，以及任何傳感器(即，壓力傳感器和溫度傳感 器）、計(jì)量器具和/或其組合等等。所公開的延遲凝固的水泥組合物還可直接或間接影響可 與延遲凝固的水泥組合物發(fā)生接觸的各種井下設(shè)備和工具，諸如但不限于井筒套管、井筒 襯管、完井管柱、插入管柱、鉆柱、連續(xù)油管、平直管線（slickline)、鋼絲、鉆桿、鉆鋌、泥漿 馬達(dá)、井下馬達(dá)和/或栗、水泥栗、地面安裝馬達(dá)和/或栗、定心器、渦流器(turbolizer)、刮 泥器、浮體(例如，浮靴、浮箍、浮閥等）、測井工具以及相關(guān)遙測設(shè)備、致動(dòng)器(例如，機(jī)電裝 置、液力學(xué)裝置等）、滑動(dòng)套筒、生產(chǎn)套筒、塞子、篩、過濾器、流量控制裝置(例如，流入控制 裝置、自動(dòng)流入控制裝置、流出控制裝置等）、聯(lián)軸器(例如，電動(dòng)液壓濕連接件、干連接件、 電感耦合器）、控制線路(例如，電線、光纖線路、液壓線路等）、監(jiān)視線路、鉆頭和擴(kuò)孔器、傳 感器或分布式傳感器、井下?lián)Q熱器、閥門和對應(yīng)的致動(dòng)裝置、工具密封件、封隔器(packer)、 水泥塞、橋式塞以及其他井筒隔離裝置或部件等等。
[0070] 實(shí)施方案提供在地下地層中注水泥的方法。方法可包括制備延遲凝固的水泥組合 物。方法還可包括存儲(chǔ)延遲凝固的水泥組合物。方法還可包括在圍堵容器中將延遲凝固的 水泥組合物運(yùn)輸?shù)骄畧?。方法還可包括將延遲凝固的水泥組合物從圍堵容器卸放并且卸放 到井筒中。方法可與本文公開的設(shè)備、組合物和/或方法一起使用。例如，圍堵容器1〇8(例 如，圖2)或圍堵容器108'（例如，圖3和圖4)可與這種方法一起使用。
[0071] 實(shí)施方案提供用于在混合容器中最大化剪切速率的方法，所述方法包括:最大化 用于混合容器的速度均勻性指數(shù)，所述速度均勻性指數(shù)由上文的方程[2]來定義。方法還可 包括最大化用于混合容器的第二不變量的均勻性指數(shù)，所述均勻性指數(shù)由上文的方程[6] 來定義。方法可與本文公開的設(shè)備、組合物和/或方法一起使用。例如，圍堵容器1〇8(例如， 圖2)或圍堵容器108'（例如，圖3和圖4)可用作在這種方法中使用的混合容器。
[0072] 實(shí)施方案提供注水泥系統(tǒng)，所述注水泥系統(tǒng)包括：卸放容器，其用于保持和/或混 合延遲凝固的水泥組合物，其中所述卸放容器包括：用于保持延遲凝固的水泥組合物的混 合室，所述混合室由殼體界定;和將一個(gè)或多個(gè)混合葉片保持在混合室中的軸。系統(tǒng)還可包 括促凝劑容器，其被聯(lián)接到卸放容器以用于保持和/或混合水泥凝固速凝劑。系統(tǒng)還可包括 井下栗，其被聯(lián)接到卸放容器以用于將延遲凝固的水泥組合物從卸放容器輸送到井筒中。 例如，圍堵容器1〇8(例如，圖2)或圍堵容器108'（例如，圖3和圖4)可用作在這種方法中使用 的卸放容器。
[0073]應(yīng)當(dāng)理解，組合物和方法是就"包含"、"含有"或"包括"各種組分或步驟而言來描 述，但是組合物和方法還可"基本上由各種組分和步驟組成"或"由各種組分和步驟組成"。 此外，如權(quán)利要求書中所用的不定冠詞"一個(gè)/種(a/an)"在本文中定義為意指引入的一個(gè) 或一個(gè)以上的要素。
[0074] 為簡潔起見，本文僅明確公開某些范圍。然而，從任何下限起的范圍可與任何上限 結(jié)合來列舉未明確列舉的范圍，并且從任何下限起的范圍可與任何其他下限結(jié)合來列舉未 明確列舉的范圍，以相同的方式，從任何上限起的范圍可與任何其他上限結(jié)合來列舉未明 確列舉的范圍。此外，每當(dāng)公開具有下限和上限的數(shù)字范圍時(shí)，就明確公開了落在范圍內(nèi)的 任何數(shù)字和任何所包括的范圍。具體地說，本文公開的值的每個(gè)范圍（形式為"約a至約b"， 或等效地"大致a至b"，或等效地"大致a-b"）應(yīng)理解為闡述涵蓋在值的較寬范圍內(nèi)的每個(gè)數(shù) 字和范圍，即使未明確列舉也是如此。因此，每個(gè)點(diǎn)或單個(gè)值可用作其自身的下限或上限來 與任何其他點(diǎn)或單個(gè)值或者任何其他下限或上限結(jié)合，以便列舉未明確列舉的范圍。
[0075] 因此，本發(fā)明的實(shí)施方案非常適于達(dá)到所提到的目標(biāo)和優(yōu)勢以及本文固有的那些 目標(biāo)和優(yōu)勢。上文所公開的特定實(shí)施方案僅僅是說明性的，因?yàn)楸景l(fā)明的實(shí)施方案可以對 受益于本文教義的本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說明顯的不同但等效的方式進(jìn)行修改和實(shí)踐。盡管 討論了個(gè)別實(shí)施方案，但是本公開預(yù)期并涵蓋每個(gè)實(shí)施方案的所有組合。此外，并不意圖對 本文示出的構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)存在限制，而所附權(quán)利要求書中描述的除外。另外，除非專利 權(quán)人另外明確并清楚地定義，否則權(quán)利要求書中的術(shù)語具有其平常、普通的含義。因此，明 顯的是，上文公開的特定說明性實(shí)施方案可加以改變或修改，并且所有這些變化都視為處 于本公開的范圍和精神內(nèi)。如果在本說明書與可以引用方式并入本文的一個(gè)或多個(gè)專利或 其他文件中的措詞或術(shù)語的使用上存在任何沖突，那么應(yīng)采用與本說明書一致的定義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在地下地層中注水泥的方法，其包括： 制備延遲凝固的水泥組合物； 存儲(chǔ)所述延遲凝固的水泥組合物； 在圍堵容器中將所述延遲凝固的水泥組合物運(yùn)輸?shù)骄畧?；W及 將所述延遲凝固的水泥組合物從所述圍堵容器卸放并且卸放到井筒中。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述存儲(chǔ)所述延遲凝固的水泥組合物的步驟包括 在所述將所述延遲凝固的水泥組合物運(yùn)輸?shù)剿鼍畧龅牟襟E之前，存儲(chǔ)所述延遲凝固的水 泥組合物達(dá)約1天或更長的時(shí)期。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其還包括在所述延遲凝固的水泥組合物被存儲(chǔ)的同時(shí) 間歇地混合所述延遲凝固的水泥組合物。4. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述延遲凝固的水泥組合物在用于所述運(yùn) 輸和卸放步驟中的所述圍堵容器中制備并存儲(chǔ)。5. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述圍堵容器包括：用于保持所述延遲凝 固的水泥組合物的混合室，所述混合室由殼體界定;和將一個(gè)或多個(gè)混合葉片保持在所述 混合室中的軸。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述圍堵容器還包括設(shè)置在所述殼體的內(nèi)表面上 的擋板，并且其中所述混合葉片包括垂直地布置在所述軸上的面朝上混合葉片和面朝下混 合葉片。7. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其還包括將水泥凝固速凝劑加入所述延遲凝固 的水泥組合物中。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述水泥凝固速凝劑包含氯化巧。9. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述延遲凝固的水泥組合物包含浮石、石 灰、凝固緩凝劑和分散劑。10. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述井場在海上。11. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述延遲凝固的水泥組合物用來在封堵- 和-廢棄操作中形成所述井筒中的塞塊。12. -種用于在混合容器中最大化剪切速率的方法，其包括： 最大化用于所述混合容器的速度均勻性指數(shù)，所述速度均勻性指數(shù)由W下方程來定 義：Vx,m、Vy,m和Vz,m體積要素 m中的速度矢量，其中m是l至p，p是所述混合容器中體積要素的 數(shù)量。 最大化用于所述混合容器的第二不變量的均勻性指數(shù)，所述均勻性指數(shù)由W下方程來 定義： UISI = l/{(-II)m的標(biāo)準(zhǔn)偏差} 其中：-11是針對笛卡兒坐標(biāo)的應(yīng)變速率張量的所述第二不變量并且由W下方程來定 義：13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述混合容器中的流體流動(dòng)由赫謝爾-己爾克萊 粘度測定模型來定義。14. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述混合容器被設(shè)計(jì)來最大化所述速度均勻性 指數(shù)和所述第二不變量的所述均勻性指數(shù)。15. -種注水泥系統(tǒng)，其包括： 卸放容器，其用于保持和/或混合延遲凝固的水泥組合物，其中所述卸放容器包括：用 于保持所述延遲凝固的水泥組合物的混合室，所述混合室由殼體界定；和將一個(gè)或多個(gè)混 合葉片保持在所述混合室中的軸； 促凝劑容器，其被聯(lián)接到所述卸放容器W用于保持和/或混合水泥凝固速凝劑；W及 井下累，其被聯(lián)接到所述卸放容器W用于將所述延遲凝固的水泥組合物從所述卸放容 器輸送到井筒。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的注水泥系統(tǒng)，其還包括累，W用于接收來自所述卸放容器的 所述延遲凝固的水泥組合物和所述水泥凝固速凝劑，并且將所述延遲凝固的水泥組合物和 所述水泥凝固速凝劑的混合物輸送到所述井下累，所述累通過歧管聯(lián)接到所述卸放容器和 所述促凝劑容器。17. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的注水泥系統(tǒng)，其還包括液體添加劑累，所述液體添加劑累被 配置來將所述水泥速凝劑從所述促凝劑容器輸送到所述卸放容器。18. 根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的注水泥系統(tǒng)，其中所述卸放容器還包括擋板， 所述擋板被設(shè)置在所述殼體的內(nèi)表面上，并且其中所述混合葉片包括垂直地布置在所述軸 上的面朝上混合葉片和面朝下混合葉片。19. 根據(jù)權(quán)利要求15至18中任一項(xiàng)所述的注水泥系統(tǒng)，其中所述卸放容器是便攜式的 并且包括支撐所述殼體的框架，其中所述殼體包括叉車孔。20. 根據(jù)權(quán)利要求15至19中任一項(xiàng)所述的注水泥系統(tǒng)，其中所述殼體具有約400加侖至 約2,000加侖的體積。
【文檔編號(hào)】C09K8/50GK105940180SQ201480074103
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2014年3月31日
【發(fā)明人】H·C·巴魯, R·G·摩根, P·A·布朗
【申請人】哈利伯頓能源服務(wù)公司