專利名稱：用于地下井中的粘性組合物及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及粘性組合物，更具體而言是涉及包含氯化鐵的粘性組合物以及將所述組合物放置在地下井中并在其中固化的方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)其化學(xué)、物理性質(zhì)和應(yīng)用，水泥可分為多種類型。例如，美國測試和材料協(xié)會(huì)(the American Society for Testing and Materials)(ASTM)將水泥分為多種類型。水泥的ASTM類別有I型至V型。在石油和天然氣井構(gòu)建領(lǐng)域中，美國石油協(xié)會(huì)(the American PetroleumInstitute)(API)對(duì)不同類別的水泥設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)，其類似于ASTM規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。API將用于石油和天然氣井中的水泥分為8個(gè)不同的類別，A類至H類。因?yàn)閷?duì)于某些水泥需要更嚴(yán)格的要求，以確保該水泥和水泥漿的適當(dāng)性能，所以必須有這些不同的類別。泵入石油和天然氣井中的水泥和水泥漿要經(jīng)受各種類型的能量的作用。該能量主要是具有不同強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的動(dòng)能和熱位能，它們影響水泥的水化率、形態(tài)學(xué)和水泥漿性質(zhì)。
建筑級(jí)水泥通?？蓮脑S多制造商處得到，而且與用于注漿石油和天然氣井的水泥相比是非常便宜的。這些建筑級(jí)水泥通常包含占水泥重量約0.75-3.0％的堿金屬硫酸鹽，這取決于它們是硫酸鈉、硫酸鉀或雙金屬硫酸鹽。以水泥的重量計(jì)，優(yōu)選的油井水泥通常包含低于約0.3％的堿金屬硫酸鹽。
雖然廉價(jià)或建筑級(jí)水泥可適用于許多的表面，但它們很少能夠滿足API對(duì)諸如增稠時(shí)間、游離水、壓縮強(qiáng)度和化學(xué)補(bǔ)充等參數(shù)所規(guī)定的要求。各制造商的建筑級(jí)水泥的組成也是各不相同的，這使得難以預(yù)測所得到的水泥和水泥漿的物理性質(zhì)和固化時(shí)間。因此，建筑級(jí)水泥，即使有，也很少用于井下應(yīng)用。在注漿石油和天然氣井的中間和制成井筒時(shí)尤為如此。
因?yàn)榱畠r(jià)的水泥容易得到，如果能夠?qū)⑺鼈冝D(zhuǎn)化或利用在石油和天然氣井中、特別是在注漿中間和制成井筒時(shí)，將是非常有利的。另外，符合或者有可能符合API之對(duì)油井水泥規(guī)格要求的其他水泥，由于添加劑、混合物或污染物，有可能具有一些非令人所希望的性質(zhì)，如差的流變學(xué)、有限的強(qiáng)度增加或差的反應(yīng)性；因此，經(jīng)常需要增強(qiáng)它們的流變學(xué)和性能。發(fā)明公開優(yōu)選的水泥組合物包括水泥與占水泥重量超過約0.3％的堿金屬硫酸鹽和氯化鐵組成的混合物，所述氯化鐵例如是氯化亞鐵(FeCl2)、三氯化鐵(FeCl3)或它們的混合物，其量以干水泥重量計(jì)為約0.1-10.0％、特別是以干水泥重量計(jì)為約0.5-2.0％。本發(fā)明優(yōu)選的其他水泥組合物包括符合API之對(duì)油井水泥規(guī)格要求的Portland水泥和氯化鐵的混合物，所述氯化鐵例如是氯化亞鐵(FeCl2)、三氯化鐵(FeCl3)或它們的混合物，其量以干粘性材料重量計(jì)為約0.1-10.0％、特別是以干粘性材料重量計(jì)為約0.5-2.0％。
本發(fā)明還涉及對(duì)石油和天然氣井之井身進(jìn)行注漿的方法，其是如下完成的將足夠量的水添加至上述混合物中，形成可泵送的水泥漿。然后將水泥漿泵至井身中選定的位置，并使其固化。
因此，本發(fā)明的總目的是提供包含氯化鐵的粘性組合物以及用該組合物對(duì)井身進(jìn)行注漿的方法。
在閱讀本發(fā)明的說明書后，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。實(shí)施本發(fā)明的最佳方式本發(fā)明的粘性組合物和方法優(yōu)選用于石油和天然氣井的鉆井操作中。本發(fā)明利用氯化鐵顯著提高了水硬粘性材料的性能，例如任何的Portland水泥、特別是高堿金屬硫酸鹽含量(即、以水泥重量計(jì)，其含量超過約0.3％)的廉價(jià)或建筑級(jí)水泥。
用于本發(fā)明中的氯化鐵化合物包括氯化亞鐵(FeCl2)、三氯化鐵(FeCl3)或它們的混合物。優(yōu)選的而且不符合API規(guī)格要求的建筑級(jí)水泥可從許多制造商處得到，且與注漿石油和天然氣井用的更高級(jí)別的水泥相比是非常便宜的。在物理性質(zhì)上，建筑級(jí)水泥不符合用于注漿油井時(shí)所需要的對(duì)增稠時(shí)間和壓縮強(qiáng)度的要求。
以水泥重量計(jì)，所述建筑級(jí)或廉價(jià)水泥通常包含約0.75-3.0％的堿金屬硫酸鹽，這取決于它們是硫酸鈉、硫酸鉀或者雙金屬硫酸鹽。相比較而言，以水泥的重量計(jì)，符合API之對(duì)油井水泥的規(guī)格要求的水泥通常包含低于約0.3％的堿金屬硫酸鹽。因此，優(yōu)選的水硬材料在此定義為那些以水泥重量計(jì)包含超過約0.3％之堿金屬硫酸鹽的水泥。
本發(fā)明之經(jīng)改進(jìn)的鉆井用水泥組合物包括水硬粘性材料，例如，以水泥重量計(jì)包含超過約0.3％堿金屬硫酸鹽的建筑級(jí)或廉價(jià)水硬水泥，符合API之對(duì)于油井使用的規(guī)格要求的水泥，等等；足以形成可泵送水泥漿的水；以及選自于氯化亞鐵、三氯化鐵及其混合物的氯化鐵。以其中的干粘性材料計(jì)，氯化鐵的量為約0.1-10.0％，更優(yōu)選為約0.5-2.0％。另外，其他已知的添加劑也可包括在本發(fā)明的組合物中，這包括失水量添加劑、阻滯劑、分散劑和粘度降低劑。
用于本發(fā)明之粘性組合物中的水可以是任何來源的水，只要它不包含過量的、與所述組合物發(fā)生副作用或者影響其他組分的化合物即可。優(yōu)選的是，以干的粘性材料計(jì)，新制水的量為約20-150％。
為評(píng)估氯化鐵對(duì)水泥的影響以提高其用于地下條件中的特性，使用不同的以水泥重量計(jì)包含超過0.3％的堿金屬硫酸鹽的市售水泥、以及符合API之對(duì)于油井使用的規(guī)格要求的Portland水泥進(jìn)行測試。表I顯示了使用不同水泥組合物所進(jìn)行的測試的結(jié)果。以干水泥重量(bwoc)計(jì)，用1.25-2.00％范圍內(nèi)的三氯化鐵來評(píng)估組合物。所有的測試都是根據(jù)API Spec.10A的程序來進(jìn)行的。表II顯示了表I所示樣品的相應(yīng)濃度讀數(shù)。
表I增稠時(shí)間

1、“SCR 100”液體，得自于Halliburton Energy Services，Duncan，Oklahoma2、失水量添加劑(HALAD-344L，得自于Halliburton Energy Services，Duncan，Oklahoma)3、失水量添加劑(HALAD-344，得自于Halliburton Energy Services，Duncan，Oklahoma)表II在80°F時(shí)氯化鐵水泥漿FANN35

從表I所示的結(jié)果可以看出，在添加氯化鐵時(shí)，所有樣品的增稠時(shí)間都降低。以干的粘性材料的重量(bwoc)計(jì)，添加38-45％的水可使水泥漿具有所希望的均勻性。以粘性材料的重量計(jì)，添加的氯化鐵的量取決于具體應(yīng)用和要求如壓縮強(qiáng)度、失水量和氣體控制性質(zhì)所希望的增稠時(shí)間。不同品牌之較差質(zhì)量的水泥所需要的氯化鐵的量也是可變的，而且應(yīng)根據(jù)注漿工作之前的實(shí)驗(yàn)室測試來決定。
如前所述，一些符合API之對(duì)于油井水泥的規(guī)格要求的水泥具有非令人所希望的質(zhì)量，如較差的流變學(xué)、有限的強(qiáng)度增加以及對(duì)其他添加劑或混合物如阻滯劑、加速劑、分散劑和失水量添加劑較差的反應(yīng)。因此，氯化鐵可添加至任何的水硬粘性材料中，如Portland水泥等，由此可增加它們的流變學(xué)和性能。
將本發(fā)明的粘性組合物配制成可泵送的水泥漿后，立即將其泵入井身中所希望的位置。通常通過井筒向下泵送所述泥漿，由此完成注漿操作。然后將單獨(dú)的流體泵入井筒中，以壓迫該水泥漿或?qū)⑵鋸乃鼍驳撞繑D出，并從井筒外部和井身之間的圓周或空間向上至所希望的位置。然后使水泥漿原位固化。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，可將具有高的堿金屬硫酸鹽含量的廉價(jià)或建筑級(jí)水泥轉(zhuǎn)化為可用于石油和天然氣井構(gòu)建的水泥。氯化鐵改變了水泥的化學(xué)和物理性質(zhì)，使得壓縮強(qiáng)度和增稠時(shí)間都大大改善，符合API的標(biāo)準(zhǔn)。另外，本發(fā)明的氯化鐵可用于符合API之對(duì)于油井水泥的規(guī)格要求的Portland水泥中，由此增強(qiáng)所得組合物之流變學(xué)和性能。
據(jù)本發(fā)明之發(fā)明者所知，尚無人在水硬粘性材料、更具體而言是在以水泥重量計(jì)包含超過0.3％之堿金屬硫酸鹽的水泥中使用氯化鐵，以將該材料轉(zhuǎn)化為可用于石油和天然氣井之表面注漿操作的形式。因此，除其固有的優(yōu)點(diǎn)外，本發(fā)明非常適合于實(shí)現(xiàn)上述目的和優(yōu)點(diǎn)。雖然本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行多種的改進(jìn)，但此種改進(jìn)也包括在如所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)井身進(jìn)行注漿的方法，其包括以下步驟形成包括水硬性水泥、足以形成可泵送水泥漿的水、以及以所述水泥的重量計(jì)約0.1-10％氯化鐵的粘性組合物，所述水泥包含以其本身重量計(jì)超過約0.3％的堿金屬硫酸鹽；將所述水泥漿泵入所述井身中；然后使所述水泥漿在所述井身中固化。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述氯化鐵選自于氯化亞鐵、三氯化鐵、或它們的混合物。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述水泥是Portland水泥。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，以所述組合物中的水泥重量計(jì)，所述氯化鐵的量為約0.5-2％。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，以所述組合物中的水泥重量計(jì)，所述水的量為約20-150％。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，以其本身重量計(jì)，所述水泥包含超過約0.5％的堿金屬硫酸鹽。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，以其本身重量計(jì)，所述水泥包含超過約1.0％的堿金屬硫酸鹽。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，以其本身重量計(jì)，所述水泥包含超過約1.5％的堿金屬硫酸鹽。
9.一種對(duì)井身進(jìn)行注漿的方法，其包括以下步驟形成包括Portland水泥、足以形成可泵送水泥漿的水、以及以所述水泥的重量計(jì)約0.1-10％氯化鐵的粘性組合物，所述Portland水泥包含以其本身重量計(jì)超過約0.3％的堿金屬硫酸鹽，所述氯化鐵選自于氯化亞鐵、三氯化鐵或它們的混合物；將所述水泥漿泵入所述井身中；然后使所述水泥漿在所述井身中固化。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，以所述組合物中的水泥重量計(jì)，所述氯化鐵的量為約0.5-2％。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，以所述組合物中的水泥重量計(jì)，所述水的量為約20-150％。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，以其本身重量計(jì)，所述水泥包含超過約0.5％的堿金屬硫酸鹽。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，以其本身重量計(jì)，所述水泥包含超過約1.0％的堿金屬硫酸鹽。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，以其本身重量計(jì)，所述水泥包含超過約1.5％的堿金屬硫酸鹽。
15.一種對(duì)井身進(jìn)行注漿的方法，其包括以下步驟形成包括水硬性水泥、足以形成可泵送水泥漿的水、以及以所述水泥的重量計(jì)約0.1-10％氯化鐵的粘性組合物，所述水泥包含以其本身重量計(jì)超過約0.3％的堿金屬硫酸鹽，所述氯化鐵選自于氯化亞鐵、三氯化鐵或它們的混合物；將所述水泥漿泵入所述井身中；然后使所述水泥漿在所述井身中固化。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，以所述組合物中的水泥重量計(jì)，所述氯化鐵的量為約0.5-2％。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述水泥是Portland水泥。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，以其本身重量計(jì)，所述水泥包含超過約0.5％的堿金屬硫酸鹽。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，以其本身重量計(jì)，所述水泥包含超過約1.0％的堿金屬硫酸鹽。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，以其本身重量計(jì)，所述水泥包含超過約1.5％的堿金屬硫酸鹽。
全文摘要
本發(fā)明提供一種粘性組合物,其包括水硬粘性材料、氯化鐵和足以形成可泵送水泥漿的水。氯化鐵可增強(qiáng)所述組合物的流變學(xué)和性能。對(duì)井身進(jìn)行注漿的方法是如下實(shí)現(xiàn)的:將水硬粘性材料、氯化鐵和足以形成可泵送水泥漿的水混合在一起;將所述水泥漿泵送至井身中選定的位置;然后使所述水泥漿在該井中固化。
文檔編號(hào)C04B40/00GK1257465SQ9880418
公開日2000年6月21日 申請(qǐng)日期1998年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月14日
發(fā)明者蘇迪爾·梅塔, 威廉·丁·卡夫尼 申請(qǐng)人:哈利伯頓能源服務(wù)公司, 大西洋里奇菲爾德公司