專利名稱：Csh懸浮液在固井中的應(yīng)用的制作方法
CSH懸浮液在固井中的應(yīng)用本專利申請(qǐng)要求2010年2月21日提交的序列號(hào)為61/326253的未決的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該臨時(shí)專利申請(qǐng)全文以引用的方式納入本說(shuō)明書(shū)。本發(fā)明涉及CSH懸浮液在地下礦物油和天然氣儲(chǔ)集層的開(kāi)發(fā)、開(kāi)采和完井以及深孔鉆井中的用途。地下礦物油、天然氣和水儲(chǔ)集層通常處于高壓下。在這樣的巖層鉆井要求循環(huán)井液的壓力足夠高以有效地抵消地下巖層的壓力從而阻止巖層流體無(wú)控制地進(jìn)入井中。通常，井內(nèi)分段排有鋼管。井套管和地下巖層之間的環(huán)隙用水泥填充。這可以通過(guò)使水泥漿直接進(jìn)入環(huán)隙或通過(guò)施加壓力使水泥漿穿過(guò)井套管進(jìn)入井中然后再回流進(jìn)入環(huán)隙實(shí)現(xiàn)。硬化的水泥首先阻止了巖層流體無(wú)控制地進(jìn)入井中，其次阻止了巖層流體無(wú)阻礙地滲入其它巖層中。儲(chǔ)集層的溫度條件有很大的不同。在永凍層區(qū)(例如，阿拉斯加、加拿大和西伯利亞)的近表面區(qū)域，以及在高緯度的近海井中，溫度可能低于冰點(diǎn)，而在地?zé)峋校瑴囟瓤筛哌_(dá)400° C。為此，所用水泥漿的凝固性質(zhì)必須要適應(yīng)普遍條件。高溫時(shí)通常需要緩凝劑，而低溫時(shí)經(jīng)常不得不用促凝劑。此外，在所用水泥漿中加入現(xiàn)有技術(shù)中已知的高效減水劑(superplasticizers)和/或降失水劑(fluid loss additives)會(huì)導(dǎo)致凝固時(shí)間延長(zhǎng)，這也使得使用促凝劑成為必然。根據(jù)Erik B. Nelson, Well Cementing, Schlumberger Educational Services, Sugar Land, Texas, 1990, chapter 3-3,氯化|丐無(wú)疑是最常用、最有效和最經(jīng)濟(jì)的卜特蘭水泥的促凝劑。CaCl2通常以2-4%bwoC (重量％，基于水泥部分)的濃度使用。遺憾的是，在濃度大于6%bwoc時(shí)結(jié)果是不可預(yù)知的，且可能會(huì)發(fā)生過(guò)早的凝固反應(yīng)。此外，氯離子有腐蝕套管柱的危險(xiǎn)。因此本發(fā)明的目的主要是避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。特別是，需要沒(méi)有上述缺點(diǎn)的可替代的促凝劑。該目的是由權(quán)利要求I的特征實(shí)現(xiàn)的。從屬權(quán)利要求涉及優(yōu)選的實(shí)施方案。WO 2010/026155A1描述的固化促進(jìn)劑組合物中除了適合在水硬性粘合料中作為高效減水劑的水溶性梳狀聚合物外，還包括大小合適的硅酸鈣水合物顆粒(例如參見(jiàn)該WO說(shuō)明書(shū)的權(quán)利要求40-52)。出乎意料的是，上述組合物被發(fā)現(xiàn)也可作為無(wú)機(jī)粘合料中的促凝劑組合物，用于地下礦物油和天然氣儲(chǔ)集層的開(kāi)發(fā)、開(kāi)采和完井及用于深孔鉆井。因而，本發(fā)明涉及無(wú)機(jī)粘合料中的促凝劑組合物在地下礦物油和天然氣儲(chǔ)集層的開(kāi)發(fā)、開(kāi)采和完井以及深孔鉆井中的用途，所述促凝劑組合物包括至少一種適合作為水硬性粘合料的高效減水劑的水溶性梳狀聚合物，以及硅酸鈣水合物顆粒。本發(fā)明的促凝劑組合物以懸浮液，優(yōu)選以水懸浮液的形式，或者以粉末的形式使用。梳狀聚合物優(yōu)選是除存在于主鏈上的酸官能團(tuán)外還具有含聚醚官能團(tuán)的側(cè)鏈的共聚物。它可以通過(guò)，例如，酸單體和聚醚大分子單體的自由基共聚反應(yīng)得到，該共聚物整體含有至少45mol%,優(yōu)選至少80mol%的衍生自酸單體和/或聚醚大分子單體的結(jié)構(gòu)單元。梳狀聚合物優(yōu)選地包含的結(jié)構(gòu)單元衍生自(甲基)丙烯酸、馬來(lái)酸、聚烷撐二醇乙烯基醚、聚烷撐二醇烯丙基醚和/或聚烷撐二醇(甲基)丙烯酸酯。對(duì)合適的結(jié)構(gòu)單元的詳細(xì)論述參考WO 2010/026155A1中權(quán)利要求47-49。合適的梳狀聚合物有利地具有的平均分子量(Mw)為 5000-200000g/mol，優(yōu)選 10000-80000g/mol，特別是 20000-70000g/mol，其通過(guò)凝膠滲透色譜法測(cè)得。除了所述梳狀聚合物外，縮聚物也可能存在，特別是W02010/026155A1的權(quán)利要求28-33和50公開(kāi)的類型的縮聚物。在所用的硅酸鈣水合物中，鈣相對(duì)于硅的摩爾比優(yōu)選為O. 6-2. O,特別是I. 1-1. 8。硅酸鈣水合物中鈣相對(duì)于水的摩爾比優(yōu)選為O. 6-6，特別優(yōu)選為O. 6-2. 0，特別是O. 8_2· O ο有利的是，所用的硅酸鈣水合物顆粒由水溶性的鈣化合物與水溶性的硅酸鹽化合 物反應(yīng)得到，該反應(yīng)優(yōu)選在適合作為水硬性粘合料的高效減水劑的水溶性梳狀聚合物的水溶液存在下進(jìn)行。合適的制備方法的更多細(xì)節(jié)參考WO 2010/026155A1中權(quán)利要求1_38。合適的娃酸水合物顆粒有利地小于5 μ m,優(yōu)選小于I μ m,更優(yōu)選小于500nm,特別優(yōu)選小于200nm,特別是小于lOOnm。優(yōu)選地，卜特蘭水泥、招酸I丐水泥、石膏(gypsum)、硬石膏(anhydrite)、高爐洛、礦洛砂、粉煤灰(fly ash)、娃塵、偏高嶺土、天然和合成的火山灰和/或煅燒的油頁(yè)巖,優(yōu)選卜特蘭水泥，適合作為根據(jù)本發(fā)明促進(jìn)其凝固過(guò)程的無(wú)機(jī)粘合料。有利的是，所述粘合料以水泥漿的形式使用，水/水泥的值優(yōu)選在O. 2-1. O的范圍內(nèi)，特別是在O. 3-0.6的范圍內(nèi)。本發(fā)明特別考慮的一個(gè)使用領(lǐng)域是礦物油和天然氣井的固井，特別是在永凍層區(qū)和近海區(qū)。此處，本發(fā)明的用途是加速水泥漿的凝固。同時(shí)，水泥漿的硬化速率也有利地增加。此外，硬化水泥漿的靜膠凝強(qiáng)度從1001b/100ft2(4. 88kg/m2)增加到5001b/100ft2(24. 4kg/m2)的時(shí)間有利地縮短。這在固井中是尤為有利的，因?yàn)橛捎谏仙臍馀?，硬化水泥漿易于在膠凝強(qiáng)度的中間范圍時(shí)裂開(kāi)。依據(jù)本發(fā)明，該范圍被快速通過(guò)。依據(jù)本發(fā)明，促凝劑組合物有利地與固井中常用的其它添加劑，特別是高效減水齊IJ、保水劑和/或流變改進(jìn)添加劑，一起使用?，F(xiàn)將基于以下工作實(shí)施例并參考圖I對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的解釋。其中圖I示出了不同水泥漿的抗壓強(qiáng)度隨時(shí)間的增加。用途實(shí)施例I按照API Specification 10, Section 5 和 Appendix A 制備水泥衆(zhòng)。為此,將以下物質(zhì)均勻混合700g 水泥(Lafarge, H 級(jí))266g 自來(lái)水3. 5g Liquiment K3F(高效減水劑，BASF Construction Polymers GmbH 的產(chǎn)品)3. 5g Polytrol FL34 (降失水劑，BASF Construction Polymers GmbH 的產(chǎn)品)
I. Og磷酸三丁酯(消泡劑)。樣品中或者無(wú)添加劑(空白值)，或者加入O. 80%bwoc的CaCl2,或加入不同量的X-Seed IOO(BASF Construction Polymers GmbH的產(chǎn)品；娃酸I丐水合物水懸浮液,顆粒大小〈lOOnm，固體含量約21重量％，活性硅酸鈣水合物的比例約7重量％，所用的梳狀聚合物MVA2500 和 EPPR312,同樣是 BASF 的商品)。X-Seed 100 以 0. 07%bwoc、0. 15%bwoc、0. 30%bwoc和I. 50%bwoc的量加入，所述量各自基于活性硅酸鈣水合物的比例。在靜膠凝強(qiáng)度分析儀(Chandler Engineering)中于23° C的溫度和IOOOpsi (約69bar)的壓力下對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)。表I列出了樣品的靜膠凝強(qiáng)度從1001b/100ft2(4. 88kg/m2)增加到 5001b/100ft2(24. 4kg/m2)的時(shí)間。表I
權(quán)利要求
1.一種用于無(wú)機(jī)粘合料的促凝劑組合物的用途，用于地下礦物油和天然氣儲(chǔ)集層的開(kāi)發(fā)、開(kāi)采和完井以及深孔鉆井中，所述促凝劑組合物包括至少一種適合作為水硬性粘合料的高效減水劑的水溶性梳狀聚合物，以及硅酸鈣水合物顆粒。
2.權(quán)利要求I所述的用途，其中所述促凝劑組合物以懸浮液，優(yōu)選以水懸浮液的形式使用。
3.權(quán)利要求I所述的用途，其中所述促凝劑組合物以粉末的形式使用。
4.權(quán)利要求I至3中任一項(xiàng)所述的用途，其中所述梳狀聚合物以共聚物的形式存在，所述共聚物除存在于主鏈的酸官能團(tuán)外還具有含聚醚官能團(tuán)的側(cè)鏈。
5.權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的用途，其中所述梳狀聚合物以共聚物的形式存在，所述共聚物可通過(guò)酸單體和聚醚大分子單體的自由基共聚反應(yīng)獲得，所述共聚物整體含有至少45mol%，優(yōu)選至少80mol%的衍生自酸單體和/或聚醚大分子單體的結(jié)構(gòu)單元。
6.權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的用途，其中所述梳狀聚合物包含衍生自(甲基)丙烯酸、馬來(lái)酸、聚烷撐二醇乙烯基醚、聚烷撐二醇烯丙基醚和/或聚烷撐二醇(甲基)丙烯酸酯的結(jié)構(gòu)單元。
7.權(quán)利要求I至6中任一項(xiàng)所述的用途，其中所述梳狀聚合物的平均分子量(Mw)為5000-200000g/mol，優(yōu)選 10000-80000g/mol，特別是 20000-70000g/mol，其通過(guò)凝膠滲透色譜法測(cè)得。
8.權(quán)利要求I至7中任一項(xiàng)所述的用途，其中所述硅酸鈣水合物中鈣相對(duì)于硅的摩爾比為 O. 6-2. O，優(yōu)選 I. 1-1. 8。
9.權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的用途，其中所述硅酸鈣水合物中鈣相對(duì)于水的摩爾比為 O. 6-6，優(yōu)選 O. 6-2. O，特別是 O. 8-2. O。
10.權(quán)利要求I至9中任一項(xiàng)所述的用途，其中所述硅酸鈣水合物顆粒由水溶性鈣化合物與水溶性硅酸鹽化合物反應(yīng)獲得，該反應(yīng)在適合作為水硬性粘合料的高效減水劑的水溶性梳狀聚合物的水溶液存在下進(jìn)行。
11.權(quán)利要求I至10中任一項(xiàng)所述的用途，其中所述硅酸鈣水合物顆粒小于5μ m，優(yōu)選小于I μ m,更優(yōu)選小于500nm,特別優(yōu)選小于200nm,特別是小于lOOnm。
12.權(quán)利要求I至11中任一項(xiàng)所述的用途，其中將卜特蘭水泥、鋁酸鈣水泥、石膏、硬石膏、高爐渣、礦渣砂、粉煤灰、硅塵、偏高嶺土、天然和合成的火山灰和/或煅燒的油頁(yè)巖，優(yōu)選卜特蘭水泥，用作無(wú)機(jī)粘合料。
13.權(quán)利要求12所述的用途，其中所述粘合料以水泥漿的形式使用，水/水泥的值優(yōu)選在O. 2-1. O的范圍內(nèi)，特別是在O. 3-0.6的范圍內(nèi)。
14.權(quán)利要求I至13中任一項(xiàng)所述的用途，用于礦物油和天然氣井的固井，特別是在永凍層區(qū)和近海區(qū)。
15.權(quán)利要求I至14中任一項(xiàng)所述的用途，用于加速水泥漿的凝固。
16.權(quán)利要求I至15中任一項(xiàng)所述的用途，用于縮短硬化水泥漿的靜膠凝強(qiáng)度從1001b/100ft2(4. 88kg/m2)增加到 5001b/100ft2 (24. 4kg/m2)的時(shí)間。
17.權(quán)利要求I至16中任一項(xiàng)所述的用途，與固井中常用的其它添加劑，特別是高效減水劑、保水劑和/或流變改進(jìn)添加劑，一起使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于無(wú)機(jī)粘合料的促凝劑組合物在地下石油和天然氣儲(chǔ)集層的開(kāi)發(fā)、開(kāi)采和完井以及深孔鉆井中的用途，所述促凝劑組合物包括至少一種適合作為水硬性粘合料的減水劑的水溶性梳狀聚合物，以及硅酸鈣水合物顆粒。根據(jù)本發(fā)明的用途不僅加速水泥漿的凝固和硬化，而且縮短硬化水泥漿的靜膠凝強(qiáng)度從100lb/100ft2(4.88kg/m2)增加到500lb/100ft2(24.4kg/m2)的時(shí)間。
文檔編號(hào)C04B22/00GK102782080SQ201180012080
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月21日
發(fā)明者L·尼克爾奧, R·賴歇貝奇-克林科 申請(qǐng)人:巴斯夫歐洲公司