用于注蒸汽应用的低渗水泥体系

申请号 CN200780048716.7 申请日 2007-12-13 公开(公告)号 CN101573427A 公开(公告)日 2009-11-04
申请人 普拉德研究及开发股份有限公司; 发明人 布鲁诺·德罗肖恩; 弗雷德里克·泰里;
摘要 本 发明 提供一种 水 泥浆组合物,该 水泥 浆组合物包含具有低Tg点的堵塞剂 聚合物 。
权利要求

1.一种泥浆组合物,所述水泥浆组合物包含具有低Tg点的堵塞剂 聚合物
2.根据权利要求1所述的水泥浆组合物,其中所述聚合物具有低于150 ℃的Tg点。
3.根据权利要求1或2所述的水泥浆组合物,其中所述聚合物是蜡。
4.根据权利要求1、2或3中任一项所述的水泥浆组合物,其中所述聚 合物是聚乙烯蜡乳状液、聚丙烯蜡乳状液、巴西棕榈蜡乳状液或鳞状蜡乳 状液。
5.根据任一前述权利要求所述的水泥浆组合物,其中所述水泥是低密 度水泥。
6.一种用于堵塞井眼中的水泥基质的孔隙的方法,所述方法包括以 下步骤:
将根据任一前述权利要求所述的水泥浆送到井眼中;
凝固井眼中的所述水泥;
在添加剂的Tg点之上加热所述水泥;以及
冷却所述水泥,使得所述添加剂将凝固。
7.根据权利要求6所述的方法,所述方法包括:进行注蒸汽操作以加 热所述水泥。
8.一种用于降低井眼中的水泥组合物的渗透性的方法,所述方法包 括以下步骤:
将具有低Tg点的聚合物添加到水泥浆中;以及
将所述水泥浆泵送到井眼中。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种用于在对油井或类似井进行注泥时使用的水泥添 加剂,具体地,本发明涉及一种作为用于水泥组合物的堵塞剂的低Tg聚合 物。

背景技术

在通常的井注水泥作业中,在地面上制备水泥浆,并将所述水泥浆 送到井眼内以填充套管与井壁之间的环状空间,从而提供产层隔离(zonal isolation)和机械支撑。由于重油存在的巨大储藏量,而轻质油的储藏量逐 渐减少的原因,因此对重油开采的关注度逐渐增加。热采油法是采出重 油的主要方法之一。热采法通过增加油温来工作,油温的增加将减小油的 粘度。所使用的主要的热采法之一是注蒸汽法。然而,对于产层隔离来说 的问题之一是在注蒸汽操作之后水泥的渗透性。当初始凝固时,水泥可以 提供良好的密封,然而,在重复注蒸汽过程期间,压力和温度的变化可能 产生应力并影响水泥的完整性。
用于这种应用的体系通常是传统的低密度水泥,所述传统的低密度水 泥在几个注蒸汽循环之后变得可高度渗透。通常是在在定期注蒸汽之后, 水泥环内达到大约300℃的温度,并且通常凝固水泥将丧失强度并增加渗 透性。这可能使产层隔离丧失,并使已取岩心的套管渗透和/或蒸汽泄露。 因而,热采井的寿命由于水泥所处于的所有这些应力而缩短。
堵漏问题通常由于这种井眼的不结实且疏松的地层而发生,因此需求 低密度水泥体系,然而,这在凝固水泥特性方面是有害的。因为凝固水泥 的透水性与传统水泥的密度成反比。因此采用热力采油法的重油井主要属 于低泥浆定价是竞争关键点的低端市场。
与传统的水泥相比,FlexSTONE(Schlumberger)研制的一种水泥体系 保持高压缩强度和抗拉强度,并且用在蒸汽驱作业中。然而,在300℃, 所述水泥的渗透性仍旧是个问题。
因此,本发明的目的是提供一种增加凝固水泥的长期渗透性能力的节 省成本的添加剂。

发明内容

本发明的第一方面包括一种水泥浆组合物,所述水泥浆组合物包括具 有低Tg点的堵塞剂聚合物
聚合物可以具有低于150℃的Tg点。具有低Tg点表示聚合物将在井眼 中在热采操作期间所达到温度下熔化,并流入到水泥基质的孔隙中。
优选地,水泥浆组合物中的聚合物是蜡。在一种优选的组合物中,聚 合物是聚乙烯蜡乳状液、聚丙烯蜡乳状液、巴西棕榈蜡乳状液或鳞状蜡乳 状液。蜡是可以使用的节省成本的添加剂。
水泥浆组合物可以是低密度水泥。
本发明的第二方面包括一种用于堵塞井眼中的水泥基质的孔隙的方 法,所述方法包括以下步骤:将根据前述权利要求中任一项所述的水泥浆 泵送到井眼中;凝固井眼中的水泥;在添加剂的Tg点之上加热水泥;以及 冷却水泥,使得添加剂将凝固。
优选地,所述方法包括执行注蒸汽操作以加热水泥。
一种用于降低井眼中的水泥组合物的渗透性的方法,所述方法包括以 下步骤:将具有低Tg点的聚合物添加到水泥浆中;以及将水泥浆泵送到井 眼中。
附图说明
图1显示水合水泥膏中的固体和孔隙的尺寸范围;
图2显示硬化水泥膏中的毛细管孔隙的SEM;以及
图3显示孔隙直径(nm)与渗透体积(penetration volume)(cm3/g)的关系 的曲线图。

具体实施方式

当水泥被水合时,如图1中所示,形成不同尺寸的相互连接的孔隙。 水泥基质中的孔隙由C-S-H层1之间的颗粒间的间隔、毛细管空隙2、水泥 膏中的Ca(OH)2或低硫酸盐的六方晶体3、C-S-H颗粒的聚集体4、混入空气 的气泡5、残存空气的空隙6形成。孔隙可以被分为宏观孔隙、毛细管孔隙 和凝胶孔隙。C-S-H之间的层间间隔(凝胶孔隙)通常具有等于大约28%的凝 胶的体积和在几分之nm到几nm范围内的尺寸。这些类型的孔隙不影响材 料的耐用性,因为所述孔隙太小而不允许侵蚀性物种的有效迁移。毛细管 孔隙是没有被硬化水泥膏的水合作用的固态产物填充的空隙。图2显示包 括片状晶体之间的微观毛细管的水泥,宏观毛细管也是可见的。基于固化 时间以及水与水泥的比率,毛细管孔隙通常具有10nm至1微米的尺寸。图3 画出孔隙直径与渗透体积的关系曲线。毛细管孔隙决定材料的耐用性。为 了防止产层间连通(interzonal communication),对水的渗透性将不会超过 0.1mD。因此,本发明提供具有固体颗粒的水泥浆,所述固体颗粒将填充 宏观孔隙,并且当被融化时可以流动通过更小的孔隙以减少孔隙相互连 接,因此减小水泥的渗透性。
添加剂的固体颗粒被引入到水泥浆中。颗粒具有如下尺寸,即,所述 尺寸允许当水泥被水合时颗粒插入到宏观孔隙内,然后当温度上升到这些 颗粒的熔点之上时(在注蒸汽期间),融化的流体流动通过更小的孔隙,从 而减小孔隙的相互连接。
当形成温度比聚合物的Tg高时(诸如在注蒸汽操作期间),聚合物将 熔化。一旦结束注蒸汽,温度将冷却下来,并且有机添加剂将凝固。一旦 聚合物融化,所述聚合物能够流动通过水泥基质,因此聚合物流动性将增 加,并将堵塞水泥的微观孔隙。在注蒸汽操作期间,地层流体将首先被液 态聚合物阻塞,然后一旦停止热采过程并且水泥基质已经冷却下来,就被 重新凝固的聚合物阻塞。凝固水泥的渗水性由于在被连接的孔隙中置入堵 塞物而将被减小。只有被连接的孔隙中的几个不同区域需要被堵塞,因而 经济并保持低的水泥渗透性。
添加剂可以是诸如D600(苯乙烯-丁二烯胶乳)、D700、D181(聚丙烯) 或蜡的产品。优选的产品是水基蜡乳状液,因为它们含有用于低粘度流体 的高含量固体,这与胶乳情况一样,但在水泥的水合期间却不会形成膜, 这与胶乳相反。蜡也是节省成本的。优选的产品包括:

实施例
使用在大约60-70℃工作的渗水性装置。选择Tg大约为40-50℃的候选 的聚合物添加剂。制备三种重油水泥体系:
1.参考体系:
使用A类,13.3ppb
40%的BWOC D066(粉)
D047(消泡剂-聚丙二醇)
0.2%的BWOC D065(TIC分散剂)
2%的BWOC D020(增量剂-膨润土)
此配方被标为“在加拿大的40%的热力法(thermal 40%in Canada)”
2.使用2gal/sk的鳞状蜡乳状液(乳状液7050,0.5微米, SVF=52%,熔点50℃)的40%的热力法:
1%的D020(增量剂-膨润土)
0.7%的D065(TIC分散剂)
0.05gps D175(消泡添加剂)
3.使用油水乳状液的12.75ppg的浆液-SVF是具有40%的BWOC D066(二氧化硅粉)的30%的A类水泥
占浆液体积28%的油
占浆液体积42%的水
占油重量2.5%的D701(气体控制剂)
几克D065(TIC分散剂)
样品制备
样品被混合,并且在40℃进行1周的第一次固化。从每一个体系提取 长为2英寸/直径为1英寸的几个岩心。然后,在275℃(525°F)下将样品固化 6小时。将最高温度保持45小时,然后逐渐冷却下来。
将在275℃的固化时间重复1周,然后将样品逐渐冷却下来。这确保参 考体系已经充分变质(渗透性>0/1mD)
对参考体系和蜡体系,在室温、超过60℃(>蜡乳状液的熔点)和140℃ 进行这三个样品的渗水性测量。
结果:

固化后的压碎测试-圆柱体/体系1
1.参考=3200psi
2.蜡=1900psi
3.O/E=1800psi
压碎之后,观察到体系2的基质中的紫色/蓝色。
虽然O/E的油滴用作用于流变学/FL测试的细粒,但是所述油滴不妨碍 渗水性。预期蜡体系与参考体系之间的比为5,并且所述比证明蜡可以用 作堵塞水泥中的间隙的添加剂。
在室温的渗水性类似(0.18mD和20mD)。这是预期的并且该值与扩展 体系相同。
在140℃下,参考体系与蜡体系之间的渗水性不再相似。蜡体系比参 考体系具有更低的渗水性,0.09mD比0.236mD。在140℃,蜡体系的渗水 性比室温的渗水性低,0.09mD比0.205mD。
可以从渗水性的比较测量值得到,融化的聚合物具有能够减小水泥基 质的连接孔隙的能力。浓度、分子量和颗粒形状也将对融化的聚合物的流 动性具有影响。
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