專利名稱：通用的油井水泥外加劑和方法
技術領域：
本發明通常涉及油井水泥外加劑，更具體地說，涉及通用的用于改善油井水泥漿性能的復合外加劑。
背景技術：
用于粘合油或天然氣井中地下結構或區域的水硬性水泥漿必須具有特定的性質。例如，水泥漿必須具有某些特性以致它們能被混合和泵送，而不過早膠凝，具有足夠長的泵送時間以被放置在地下結構或區域中，在硬化之后具有足夠高的抗壓強度，并且具有好的流失控制。
美國石油公司(API)已經對不同種類的油井水泥制定了標準以確保采用這些水泥形成的水泥漿具有所需的性能。API水泥是波特蘭水泥，并且因為對它們的苛刻要求，它們更難以生產，并且比許多用于在地表上建造橋梁、道路、建筑物等的結構級水泥更昂貴。
表面結構級水泥在全球通常由各種不同的制造商提供，與API波特蘭水泥和其它在膠粘油井和天然氣井中使用的可比水泥相比是非常便宜的。結構級水泥通常包含大量的金屬硫酸鹽，而在油井膠粘中使用的水泥必須具有相對低的金屬硫酸鹽含量。
因為由便宜的表面結構級水泥形成的水泥漿適合于許多表面應用，它們不具有地下油井和天然氣井膠粘所需要的性能，例如穩定的粘度、合適的稠化時間、硬化后高的抗壓強度、好的流失控制等。表面結構級水泥中的化學組成，特別是金屬硫酸鹽的濃度根據制造商的不同而改變，這樣不可能估測含該水泥的水泥漿的性能。因此，這里需要一種用于改善廉價的表面結構級水泥漿性能的通用外加劑，從而使該水泥漿可用于油井和天然氣井的膠粘應用。
在整個世界范圍內可獲得并使用的許多低質量的油井和天然氣井水泥也包括高濃度的金屬硫酸鹽和/或否則缺乏所需的一些性能。例如，該低質量的油井和天然氣井水泥通常具有差的流變性、邊界強度發展或對常規外加劑差的響應性。因此，需要一種通用外加劑，其可用于改善目前使用的低質量油井和天然氣井水泥的性能。
發明概述本發明提供一種通用的用于改善油井水泥漿性能的粒狀固體外加劑，其滿足上述需要，并克服了現有技術中的缺陷。當在表面結構級或目前使用的油井和天然氣井級水硬性水泥漿中加入本發明的外加劑時，該外加劑同時改善水泥漿的粘度、稠化時間、硬化后的抗壓強度、流失控制和其它性能，這些性能是特別適合于膠粘油井和天然氣井的。
本發明的通用外加劑由約0.5至約30重量份的選自氯化亞鐵、三氯化鐵和它們的混合物的氯化鐵、約1至20重量份的分散劑、約0.01至約10重量份的有機酸、約1至約20重量份的能水合的聚合物和約1至約50重量份的超細水硬性水泥組成。該外加劑可任選地包括的其它組分是消泡劑、堿土金屬鹵化物和一種或多種提高硬化水泥抗壓強度的試劑。
此外，本發明的通用外加劑由約0.5至約30重量份的選自氯化亞鐵、三氯化鐵和它們混合物的氯化鐵、約5至60重量份的堿金屬或堿土金屬鹵化物——優選氯化物、約0.01至約10重量份的有機酸、約1至約50重量份的能水合的聚合物組成。該外加劑還可優選包括的其它組分是消泡劑、分散劑、超細水硬性水泥和其它提高硬化水泥抗壓強度的試劑。
本發明的改善由表面結構級或更好的水硬性水泥和水組成的水泥漿性能的方法包括使本發明的通用外加劑與水泥漿混合，其中外加劑的含量是水泥漿中水硬性水泥重量的約0.1至約30重量％，該外加劑由選自氯化亞鐵、三氯化鐵和其混合物的氯化鐵、分散劑、有機酸、能水合的聚合物和超細粒狀水泥組成。
此外，本發明的改善由表面結構級或更好的水硬性水泥和水組成的水泥漿性能的方法包括使本發明的通用外加劑與水泥漿混合，其中外加劑的含量是水泥漿中水硬性水泥重量的約0.1至約30重量％，該外加劑由選自氯化亞鐵、三氯化鐵和其混合物的氯化鐵、堿金屬或堿土金屬鹵化物、有機酸和能水合的聚合物組成。
本發明也提供使用由表面結構級或較好的水硬性水泥和水組成的水泥漿膠粘被井孔貫穿的地下區域的方法。該方法包括下列步驟如上所述使本發明的通用外加劑與水泥漿混合，其中外加劑的加入量是水泥漿中水硬性水泥重量的約0.1至約30重量％，通過井孔泵送該含外加劑的水泥漿進入待膠粘的地下區域，然后使水泥漿在這里硬化成堅硬的不滲透的水泥體。
因此，本發明的總目的是提供通用油井水泥外加劑和使用該外加劑的方法。
對本領域專業人員來說，本發明的其它和進一步的目的、特征和優點在閱讀隨后的優選實施方案的描述時將變得更加清楚。
優選實施方案的描述如上所述，在表面應用中使用的結構級水泥和低質量的油井或天然氣井水泥在全球范圍內可從各種不同的制造商獲得，并且與通常在膠粘油井和天然氣井中使用的高質量API水泥相比是非常便宜的。表面結構級和低質量油井和天然氣井水泥一般包括大量的堿金屬和/或堿土金屬硫酸鹽，例如這樣的金屬硫酸鹽占水泥重量的約0.75至約3.0重量％。高質量的API油井和天然氣井水泥的金屬硫酸鹽含量通常低于水泥重量的約0.3重量％。水泥中高含量金屬硫酸鹽的存在造成水泥在水中制成漿體時具有變化的不穩定的性能，例如稠化時間和抗壓強度。
本發明提供單一的通用型的粒狀固體外加劑，其包括能與水泥漿進行增效反應以使水泥漿的性能和它們在膠粘油井和天然氣井中特性最佳化的組分的混合物。該外加劑不僅可用于改善表面結構級和低質量油井和天然氣井水泥漿的性能，而且也可以改善其它油井水泥(包括那些滿足API標準的)的性能和特性。該外加劑特別地用于改善在整個世界的偏遠地區獲得的水泥的性能，從而使該水泥有效地用于油井和天然氣井的膠粘。
通過本發明外加劑改善以使水泥漿適合于油井和天然氣井膠粘的水泥漿的四個基本性能是粘度(也被稱為流變性)、稠化時間、硬化后的抗壓強度和流失控制。如上所述，本發明的外加劑廣泛地適用于由低質量高硫酸鹽含量的水泥形成的水泥漿以及那些由高質量水泥形成的水泥漿。該外加劑可用于改善將要經受高達約230°F的溫度并且密度是約12至約17磅/加侖的水泥漿的性能。
本發明的通用外加劑基本上由約0.5至約30重量份的選自氯化亞鐵、三氯化鐵和它們混合物的氯化鐵、約1至20重量份的分散劑、約0.01至約10重量份的有機酸、約1至約20重量份的提高粘度的能水合的聚合物和約1至約50重量份的超細水硬性水泥組成。
如上所述，氯化鐵可以是氯化亞鐵、三氯化鐵或它們的混合物。氯化鐵與外加劑的其它組分一起具有增效作用，用于克服水泥中高濃度金屬硫酸鹽的影響，并且縮短水泥漿體的稠化時間至可接受范圍。也就是說，氯化鐵與外加劑的其它組分一起使水泥以正常和預定的方式水化。另外，氯化鐵有助于改善水泥漿硬化后的抗壓強度。
該外加劑中的分散劑有利于控制水泥漿的流變性，并且有助于使水泥漿在非常寬的密度范圍中呈穩定的懸浮液。因為可以使用各種不同的分散劑，所有特別適合的分散劑是脂族酮例如丙酮、脂族醛如甲醛和可以給聚合物提供酸性基團的化合物例如亞硫酸鈉的縮聚產物。這樣的分散劑例如描述在1985年12月10日頒發給George等的美國專利4,557,763中，在此引入該專利以供參考，并且在商業上可以商標“CFR-3TM”由俄克拉何馬州的Halliburton EnergyServices of Duncan獲得。
該外加劑中的有機酸控制水泥漿的粘度，例如它防止水泥漿的過早膠凝，并在非常寬的密度范圍內改善漿體的流變性。在該外加劑中可以使用各種不同的有機酸，包括酒石酸、檸檬酸、葡萄酸、油酸、磷酸和尿酸，但不限于這些。其中，酒石酸是優選的。
在該外加劑中可以使用各種不同的提高粘度的能水合的聚合物，其包括羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素、乙烯基磺化聚合物、能水合的接枝聚合物和其它本領域專業人員已知的能水合的聚合物。其中優選羥乙基纖維素。所使用的能水合的聚合物增加水泥漿的粘度，并且降低漿體的流失。
在該外加劑中超細水硬性水泥的最大顆粒尺寸優選是約15微米，比表面積約12000平方厘米/克。在超細水泥中尺寸不同的顆粒的尺寸分布優選是這樣的，即約90％顆粒的直徑不大于約10微米，50％顆粒的直徑不大于5微米和20％顆粒的直徑不大于約3微米。超細水硬性水泥的比表面積(有時也稱作Blaine細度)表示水泥與其它材料化學作用的能力。比表面積優選大于約12000平方厘米/克，更優選大于約13000平方厘米/克。
上述具有最大顆粒尺寸和表面積的超細水泥公開在先前的各種美國專利中，包括在1988年8月頒發給Clarke的US4,761,183，其公開了由礦渣和其與波特蘭水泥混合物形成的超細水泥，和1979年7月頒發給Sawyer的US4,160,674，其公開了超細波特蘭水泥，這兩個專利在此引入以供參考。在本發明中優選使用的超細水泥是波特蘭水泥。這樣的水泥在商業上可以商標“MICRO-MATRIXTM”由德克薩斯州的Capitol Cement Co.of San Antonio獲得。水泥漿中超細水泥的存在可以增加水泥漿硬化后的抗壓強度，并且有助于縮短水泥漿的稠化時間至優選范圍。
如上所述，本發明的外加劑也可以包括許多其它組分，這些組分使水泥漿具有改善的性能。也就是說該外加劑可以包括消泡劑例如聚二甲基硅氧烷，其在外加劑中的含量是約0.01至約5重量份。這樣的消泡劑在商業上可以商標“D-AIRTM”由俄克拉何馬州的Halliburton Energy Services of Duncan獲得。消泡劑防止含該外加劑的水泥漿在混合和泵送期間形成過多的泡沫。
可以在本發明外加劑中包括的另一組分是堿金屬或堿土金屬鹵化物，其與氯化鐵一起克服高金屬硫酸鹽濃度的影響。優選這樣的化合物是氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀和氯化銨，其中氯化鈣是最優選的。當使用時，堿金屬和堿土金屬鹵化物通常以約5至約20重量份的含量包含在外加劑中。
還可以在本發明外加劑中包括的另一組分是粒狀ASTM III水泥，其有助于提高水泥漿硬化后的抗壓強度和降低漿體的稠化時間。這樣的水泥在商業上可從德克薩斯州的Texas Industries，Inc.OfMidlothian以商標“TXT IIITM”購得。使用時，通常ASTM III水泥以約1份至約50份(重量)的量包含在外加劑中。
可包含在外加劑中的另一種成分為特定的二氧化硅，如發煙二氧化硅或超細二氧化硅。二氧化硅在水泥淤漿中起作用以防止硬化后熱井中的抗壓強度的消退。當使用時，優選二氧化硅以約0.1份至約50份(重量)的量包含在外加劑中。
優選的用于改進水泥漿的性質的本發明的通用顆粒固體外加劑由以約10份(重量)的量存在的選自氯化亞鐵、氯化鐵和其混合物的氯化鐵，約13份(重量)的量存在的丙酮、甲醛和亞硫酸鈉的縮聚物組成的分散劑，約0.4份(重量)的量存在的酒石酸，約2份(重量)的量存在的羥基乙基纖維素和以約8份(重量)的量存在的具有最大粒徑為15微米和比面積為約12,000平方厘米/克的超細顆粒的水硬性水泥組成。
本發明的其他通用的外加劑基本上由以約0.5至約30份(重量)的量存在的選自氯化亞鐵、氯化鐵和其混合物的氯化鐵，以約5至約60份(重量)的量存在的堿土金屬鹵化物，優選氯化物，以約0.01至約10份(重量)的量存在的有機酸和以約1％至約50％(重量)的量存在的增粘的能水合的聚合物組成。
如上所述，氯化鐵可為氯化亞鐵、氯化鐵和其混合物。氯化鐵與堿或堿土金屬鹵化物和外加劑的其他成分協同作用以克服水泥中的高金屬硫酸鹽濃度的作用和將水泥漿的稠化時間縮短至可接受的范圍。即，氯化鐵與堿或堿土金屬鹵化物以及外加劑的其他成分混合導致水泥以正常和可預測的方式水合。
各種堿或堿土金屬鹵化物可用于外加劑中與上述氯化鐵協同作用。優選的這些化合物為氯化鈣、氯化鈉、氯化鉀和氯化銨，氯化鈣為最優選的。
外加劑中的有機酸控制水泥漿的粘度，即它防止漿的過早凝膠化并在一個寬的密度范圍內改善水泥漿的流變學。各種有機酸可用于外加劑中，包括，但不局限于酒石酸、檸檬酸、葡糖酸、油酸、磷酸和尿酸。其中，優選酒石酸。
各種增粘的能水合的聚合物也可用于外加劑中，包括但不局限于羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素、乙烯基磺化的化合物、能水合的接枝聚合物和本領域技術人員已知的其它能水合的聚合物。其中優選羥乙基纖維素。使用的能水合的聚合物增加了水泥漿的粘度并起作用減少水泥漿的流體損失。
如上所述，優選的外加劑還包括許多其它為水泥漿提供改進性能的成分。即，外加劑優選還包括消泡劑，如以約0.01至約5份(重量)的量存在于外加劑中的聚二甲基硅氧烷，如上所述的為約1至約20份(重量)的量的分散劑，約1至約50份(重量)的量的超細顆粒水硬性水泥，如上所述的約1份至約50份(重量)的量的ASTM III水泥和約0.1份至約50份(重量)的量的發煙或超細二氧化硅。
優選的用于改進水泥漿性質的本發明的通用顆粒固體外加劑由以約10份(重量)的量存在的選自氯化亞鐵、氯化鐵和其混合物的氯化鐵，約14份(重量)的量存在的氯化鈣，約0.3份(重量)的量存在的酒石酸，約12份(重量)的量存在的羥乙基纖維素和由約0.3份(重量)的量存在的聚二甲基硅氧烷組成的消泡劑，約11份(重量)的量存在的由丙酮、甲醛和亞硫酸鈉的縮聚物組成的分散劑，約8份(重量)的量存在的具有約15微米最大粒徑和比面積為約12,000平方厘米/克的超細顆粒的水硬性水泥，以約8份(重量)的量存在的ASTM III水泥和以約8份(重量)的量存在的發煙二氧化硅組成。
可使用本領域技術人員已知的各種方法將本發明的外加劑與水泥漿混合。特別適宜的方法為在混合器中將外加劑與水混合，接著與水硬性水泥混合。
本發明還提供將包括表面結構級或更好的水硬性水泥和水的水泥漿的粘度、稠化時間、固化后的抗壓強度、流體損失和其他性能轉化為特別適宜于膠粘油井和天然氣井的那些性質的方法。該方法通常包括將如上所述的本發明的通用顆粒固體外加劑與結構級或更好的水泥漿混合，外加劑的量為水泥漿中水泥的約0.1％至約30％(重量)。如上所述，得到的含有外加劑的水泥漿具有尤其適用于膠粘油井和天然氣井的性質。
本發明提供其他用于粘合被油井孔穿透的地下區域的方法。地下區域可具有高達約230°F的靜態溫度，使用的結構級或更好的水泥漿可具有約12至17鎊/加侖的密度。根據本發明，本發明通用的顆粒固體外加劑與結構級或更好的水泥漿混合，外加劑的量為漿中水泥的約0.1％至約30％(重量)。通過油井孔將產生的具有改善性質的水泥漿泵送至待粘合的地下區域，接著使水泥漿在該區域中硬化為硬的不透性固體。
為了進一步說明本發明的通用外加劑和方法，給出下面的實施例。
實施例1制備具有各種不同密度和使用各種不同的API水硬性水泥、新鮮水或鹽水和不同量的本發明外加劑的水泥漿。在不同溫度下對該漿體進行稠化時間、流失、流變性(塑性粘度/屈服點)、抗壓強度和剪切粘著強度的試驗。該試驗根據在《油井水泥的材料和試驗的API規定》(《API規定10》，第5版，美國石油公司1990年7月1日公布)中描述的方法進行。
在該試驗中使用的通用外加劑由10重量份的三氯化鐵、13重量份的由丙酮、甲醛和亞硫酸鈉的縮聚產物組成的分散劑、0.4重量份的酒石酸、2重量份的羥乙基纖維素和8重量份最大顆粒尺寸是約15微米和比表面積約12000平方厘米/克的超細水硬性水泥組成。將該外加劑與試驗的水泥漿以下表1所列的含量混合。在許多試驗中，試驗的水泥漿含或不含本發明的外加劑。為了進行試驗，可以用常規的緩凝劑代替本發明的通用外加劑或者將其包含在具有通用外加劑的水泥漿中。同樣，在一些試驗的水泥漿中也可以包括硅灰。
這些試驗的結果列于表1中。
由表1可以看出，所有試驗的含本發明外加劑的各種不同漿體具有優良的性能并適合于油井和天然氣井的膠粘應用。
實施例2制備具有各種不同密度和使用各種不同的API水硬性水泥、新鮮水或鹽水和不同量的另一本發明外加劑的水泥漿。在不同溫度下對該漿體進行稠化時間、流失、流變性(塑性粘度/屈服點)、抗壓強度和剪切粘著強度的試驗。該試驗根據在《油井水泥的材料和試驗的API規定》(《API規定10》，第5版，美國石油公司1990年7月1日公布)中描述的方法進行。
在該試驗中使用的通用外加劑由10重量份三氯化鐵、14重量份氯化鈣、0.3重量份酒石酸、12重量份羥乙基纖維素、0.3重量份聚二甲基硅氧烷消泡劑、11重量份由丙酮、甲醛和亞硫酸鈉的縮聚產物組成的分散劑、8重量份最大顆粒尺寸是約15微米和比表面積約12000平方厘米/克的超細水硬性水泥、8重量份ASTM III型水泥(商業上例如可由德克薩斯州的Texas Industries ofMidlothian獲得)和8重量份硅灰組成。將該外加劑與試驗的水泥漿以表II所列的含量混合。這些試驗的結果列于表II中。
由表II可以看出，所有試驗的含本發明外加劑的各種不同漿體具有優良的性能并適合于油井和天然氣井的膠粘應用。
實施例3采用5種水泥漿重復上述試驗，該5種水泥漿具有二種不同的密度，并含或不含本發明的通用外加劑。這些試驗的結果列于表III中。
由表III可以看出，所有試驗的含本發明外加劑的各種不同漿體具有優良的性能并適合于油井和天然氣井的膠粘應用。
因此，本發明非常適合于實現目標并獲得所述目的和優點以及本文所內含的目的和優點。雖然本領域專業人員可以進行許多改變，但這些改變包括在所附的權利要求限定的本發明的宗旨中。
表I(第1頁)含通用水泥外加劑的水泥漿的性能抗壓強度psi在試驗漿體中的水泥 漿體中 通用外硬化阻發煙二氧化硅 流體損失140·F180·F 250·F的水 加劑 滯物140·F.
稠化時間 Hrs3:Mincc/30min PV，YP達到50psi 達到500psi 達到50psi 達到500psi 達到50psi達到500psi試驗 (國家、制的時間的時間 的時間的時間 的時間 的時間造商和 (水泥重量 (水泥重量 (水泥重量 (水泥 漿體密度，140·F 180·F 250·F 80·F 140·F hr:minhr:min 24hr hr:minhr:min 24hr hr:min hr:min 24hr序號API級別) 的％) 的％) 的％)重量的％) 鎊/加侖1 Nigerla Eagk G 44- -- 15.9 0:52 - -190739/27 54/71 1:21 2:02 3073 -- - - - -2 Nigerla Eagk G 441.5-- 15.9 1:07 - -450 60/8 57/50 1:12 2:40 3185 -- - - - -3 Bolivia WasnesA 46- -- 15.6 0:55 - -195051/78 - 1:59 3:16 2030 -- - - - -4 Bolivia WasnesA 461.5-- 15.6 1:21 - -477 65/30 48/28 3:22 5:39 2108 -- - - - -5 lndia Kujang G 44- -- 15.9 1:10 - -190030/22 57/11 1:40 2:54 2816 -- - - - -6 lndia Kujang G 441.5-- 15.9 1:13 - -600 44/10 39/16 1:56 2:53123 -- - - - -7 Bollvla WarnesA 46- 0.5’ - 15.6 -2:22 -- - - - - - 6:46 7:57 2079 - - -8 Bolivia WarnksA 461.50.5’ - 15.6 -6:06 -- - - - - - 19:0022:44 574 - - -9 lndia Kujang G 56- 0.65’ 3515.8 -- 4:28 - - - - - - -- - 4:22 5:00262810 lndia Kujang G 561.50.65’ 3515.8 -- 2:16 - - - - - - -- - 4:31 5:06252611 USA Capital H 48.6 - 0.65’ 3516.4 -- 7:50 - - - - - - -- - 16:00 18:43 148112 USA Capital H 48.6 1.50.65’ 3516.4 -- 2:59 - - - - - - -- - 1:25 5:20251213 ____Baturaja A 58.2 - 0.65’ 3515.6 -- 4:44 - - - - - - -- - 8:47 10:35 217314 ____Baturaja A 58.2 1.50.65’ 3515.6 -- 3:17 - - - - - - -- - 6:01 6:41262115 ____Baturaja A 53.7 5.18’0.65’ 3515.6 -- 2:56 - - - - - - -- - 1:42 4:41242916 USA CapiulH 39.1 - 0.5’- 16.4 -5:50 -- - - - - - 14:0315:20 1455 - - -17 USA CapiulK 39.1 1.50.5’- 16.4 -8:44 -- - - - - - 14:0018:23 1751 - - -18 lndia Kujang G 44.8 - 0.5’ - 15.8 -3:23 -- - - - - - 4:51 5:55 2800 - - -19 lndia Kujang G 44.8 1.50.5’ - 15.8 -4:23 -- - - - - - 9:38 11:22 2543 - - -
表I(第2頁)含通用水泥外加劑的水泥漿的性能抗壓強度psi在試驗漿漿體中通用外硬化阻發煙漿體密度. 流體損失 140·F 180·F 250·F體中的水泥 的水 加劑 滯物水二氧化硅140·FPV/YP 達到50psi 達到500psi 達到50psi 達到500psi 達到50psi 達到500psi(國家、制 (水泥重量 (水泥重量 (水泥重量 (水泥鎊加/侖稠化時間Hrs:min的時間的時間 的時間的時間 的時間的時間試驗造商和 的％)的％) 的％1 重量的％) 140·F 140·F 250·F cc/30min 80·F 140·F hr:min hr:min 24hr hr:minhr:mim 24hr hr:minhr:min 24hr序號 API級別)20 __Baluraja A 46.3 - 0.5’ -15.6 - 3:38 - -- - -- -7:37 8:58 2200 - - -21 __Baluraja A 46.3 1.5 0.5’ -15.6 - 6:12 - -- - -- -14:10 16:32 1866 - - -22 __Baluraja A 42.3 5.18’ 0.5’ -15.6 - 13:20 - -- - -- -No SetNo Set No Set - - -23 __Baluraja A 42.3 5.18’ 0.5’ -15.6 - 12:17 - -- - -- -28:54 38:20 No Set - - -24 __Baluraja A 53.7 5.18’ 0.65’35 15.6 - - 5:12 -- - -- -- - -7:52 8:532514′溶解在____的外加劑____新鮮水量占溶液重量的％′硬化阻滯物為木素磺化鈉′硬化阻滯物為木素磺化鈣表II含通用外加劑的水泥漿的性能24Hr48Hr140·F剪切被試漿體漿體中的 通用外加稠化時間 流體損失抗壓強度， 抗壓強度， 粘合強度，psi試驗 中的水泥水，(水泥 劑，(水泥 漿體密度Hrs:Min CC/30 Min pV/YpPsiPsi48hrs 7天序號 (生產者，100·F 140·F 80·F 140·F 800·F 140·F 100·F 140·F 100·F 140·FAPI級別) 重量的％) 重量的％) 鎊/加侖1Capital H 54.53 4 15- 3:33 0 210144/39 107/21 77091 1895 2140 - -2Capital H 100.3 1112.8 13:12 - 0 64 125/25 117/18 0 0 425398 - -3Fredonia H54.53 4 15- 4:40 0 267168/31 119/36 9492810 3020 3720 - -4Fredonia H100.3 1112.8 18:00 - 0 91 125/25 102/23 0 88 6621055 - -5Lonc Star H 54.53 4 15- 4:00 0 240122/28 116/22 1051 8602130 1656 193 2736Lone Star H 100.3 1112.8 13:30 - 0 72 107/18 85/15 0 0 709506 119 1787Capital A 59.5 4.5 14.6 - 2:22 0 266138/47 95/30 2540 3100 3780 4170 - -8Capital A 100.3 1112.8 6:20 - 0 82 117/28 117/28 5549069751378 - -9Blue Circle A 59.5 4.5 14.6 - 2:55 0 160131/50 120/68 2000 3250 3810 4490 - -10 Blue Circle A 100.3 1112.8 10:10 - 0 76 113/22 165/35 2504258561050 - -11 TX.Lehigh A 59.5 4.5 14.6 - 2:10 0 196114/21 72/18 2280 3060 2430 2270 336 43312 TX.Lehigh A 100.3 1112.8 8:22 - 0 42 129/24 79/16 4166347701086 148 18313 Lone Star A 59.5 4.5 14.6 - 2:20 0 231108/44 98/37 1858 3210 3670 4020 - -14 Lone Star A 100.3 1112.8 9:00 - 0 64 156/33 153/30 4125289241206 - -15 Ekshaw G 57.25 4.25 14.8 - 2:40 0 194113/44 111/42 1920 2910 3460 4060 - -16 Ekshaw G 100.3 1112.8 14:00 - 0 68 128/22 128/22 25 13 704900 - -17 Dykerhoff G 57.25 4.25 14.8 - 3:20 0 300116/18 77/20 2140 2670 3220 3510 - -18 Dykerhoff G 100.3 1112.8 12:59 - 0 80 102/20 81/17 20311 575944 - -19 Bolivia G∥4 57.25 4.25 14.8 - 3:40 0 250137/21 110/20 1326 2730 3100 4600 - -20 Bolivia G∥4 100.3 1112.8 13:50 - 0 44 111/16 90/8 0 0 6411026 - -
表III含和不含通用外加劑的水泥漿的性能被試漿體漿體中的 通用外加碉化時間 140·F 24Hr 48Hr試驗 中的水泥水，(水泥 劑，(水泥 漿體密度Hrs:Min 流體損失 PV/YP 抗壓強度，Psi 抗壓強，Psi序號(生產者，API級別)重量的％) 重量的％) 磅/加侖 100·F 140·F CC/30Min 80·F 140·F100·F 140·F 100·F 140·F1Capital H 100.3 11 12.8 13:12 - 64 12/25 117/180 0 4253982Capital H 543 4 15 - 3:33 210 144/39107/217709311895 21403TX.Lehigh A 100.3 11 12.8 8:22 - 42 129/2479/16 41663477010864TX.Lehigh A 59.3 4.514.6 - 2:10 196 114/2172/18 2280 3060 2430 22705Ekshaw G100.3 11 12.8 14:00 - 68 128/22128/2225 13 7048006Ekshaw G57.25 4.25 14.8 - 2:40 194 113/44111/421920 2910 3460 40607TXI Type I/H’ 100.3 11 12.8 7:47 - 98 132/28125/2233211081910258TXI Type I/H’ 59.4 4.514.6 - 2:03 216 123/32114/421857 2830 2720 39909TOPPA Type I/H’ 100.3 11 12.8 8:40 - 68 140/2895/16 54766486199110 TOPPA Type I/H’ 59.4 4.514.6 - 2:13 216 114/3068/19 2120 2970 3010 386011 Capital H 96.43 0 12.8 24+- 1905 4.5/1.5 3.75/1.75 Scnled by 40％ - -12 Capital H 54.5 0 15 - 3:05 1943 14.5/7.5 10.5/14.5 1065 1943 1718 291013 TX.Lehigh A 96.43 0 12.8 24’- 1475 4.5/1.5 4.5/1.5 Senlded by 50％ - -14 TX.Lehigh A 59.74 0 14.6 - 1:29 1748 13.5/5.5 10.5/7.5 1769 2160 2450 270015 Exshaw G96.43 0 12.8 24 ’ - 1750 14.5/1.5 3.75/1.75 Senled by 20％ - -16 Exshaw G59.63 0 14.8 - 4:04 1896 16.5/10.5 13.5/16.5 1401 2230 1769 262017 TXI Type I/H’ 96.43 0 12.8 23:45 - 1825 6/2 4.5/2.5 Senled by 30％ - -18 TXI Type I/H’ 590 14.6 - 2:10 1710 12/10 17/17 1790 2820 2460 253019 TOPPA Type I/H’ 96.43 0 12.8 22:30 - 1610 6/3 3/5 Senled by 20％ - -20 TOPPA Type I/H’ 590 14.6 - 1:45 1585 12/8 14/10 1646 2030 2260 2800′結構級水泥
權利要求
1.用于改善膠結油井用的水泥漿性能的通用外加劑，其包括0.5至30重量份的選自氯化亞鐵、三氯化鐵和其混合物的氯化鐵；1至20重量份的分散劑；0.01至10重量份的有機酸；1至20重量份能水合的聚合物；1至50重量份的最大顆粒尺寸是15微米和平均比表面積是12000平方厘米/克的超細水硬性水泥。
2.權利要求1的通用外加劑，其中所述的分散劑由脂族酮、脂族醛和向聚合物中引入酸基團的化合物縮聚的產物組成。
3.權利要求1的通用外加劑，其中所述的有機酸選自酒石酸、檸檬酸、葡糖酸、油酸、磷酸和尿酸。
4.權利要求1的外加劑，其中所述的能水合的聚合物選自羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素和乙烯基磺化聚合物。
5.權利要求1的外加劑，其中在所述的外加劑中進一步包括0.01至5重量份的聚二甲基硅氧烷消泡劑。
6.權利要求1的外加劑，其中在所述的外加劑中進一步包括5至20重量份的堿金屬或堿土金屬鹵化物。
7.權利要求1的外加劑，其中在所述的外加劑中進一步包括1至50重量份的粒狀ASTM III型水泥。
8.權利要求1的外加劑，其進一步包括1至50重量份的粒狀二氧化硅。
9.用于改善膠結油井用的水泥漿性能的通用粒狀固體外加劑，其包括10重量份的選自氯化亞鐵、三氯化鐵和其混合物的氯化鐵；13重量份的丙酮、甲醛和亞硫酸鈉縮聚的產物；0.4重量份的酒石酸；2重量份的羥乙基纖維素；8重量份的最大顆粒尺寸是15微米和平均比表面積12000平方厘米/克的超細水硬性水泥。
10.權利要求9的外加劑，其進一步包括0.3重量份的聚二甲基硅氧烷；14重量份的氯化鈣；8重量份的粒狀ASTM III型水泥；和8重量份的硅灰。
11.將由表面結構級或更好的水硬性水泥和水組成的水泥漿的性能轉化成特別適合于膠結油井和天然氣井的性能的方法，其包括將通用外加劑與所述的水泥漿混合，該外加劑的加入量是所述漿體中水硬性水泥重量的0.1至30重量％，所述的外加劑包括選自氯化亞鐵、三氯化鐵和其混合物的氯化鐵、分散劑、有機酸、能水合的聚合物和超細粒狀水硬性水泥。
12.權利要求11的方法，其中在所述的外加劑中所述氯化鐵的含量是0.5至30重量份。
13.權利要求11的方法，其中在所述的外加劑中所述分散劑是丙酮、甲醛和亞硫酸鈉的縮聚物，其含量是1至20重量份。
14.權利要求11的方法，其中所述外加劑中所述有機酸是0.1至10重量份的酒石酸。
15.權利要求11的方法，其中所述的能水合的聚合物是1至20重量份的羥基乙基纖維素。
16.權利要求11的方法，其中所述超細顆粒水硬性水泥的最大顆粒尺寸15微米和平均比表面積12000平方厘米/克，其含量是1至50重量份。
17.權利要求11的方法，其中所述的外加劑進一步包括0.01至5重量份的由聚二甲基硅氧烷組成的消泡劑。
18.權利要求11的方法，其中所述外加劑進一步包括5至20重量份的堿金屬或堿土金屬鹵化物。
19.權利要求11的方法，其中所述外加劑進一步包括1至50重量份的粒狀ASTM III型水泥。
20.權利要求11的方法，其中所述外加劑進一步包括1至50重量份的硅灰。
21.在高達230°F的溫度下使用由表面結構級或更好的水硬性水泥和水組成的密度12至17磅/加侖的水泥漿膠結油井孔穿過的地下區域的方法，包括下列步驟(a)將通用外加劑與所述的水泥漿混合，該外加劑的加入量是所述漿體中水硬性水泥重量的0.1至30重量％，所述的外加劑包括選自氯化亞鐵、三氯化鐵和其混合物的氯化鐵、分散劑、有機酸、能水合的聚合物和超細粒狀水硬性水泥；(b)通過所述的油井孔將含步驟(a)中形成的所述外加劑的水泥漿泵送到所述地下區域中；和(c)使所述的水泥漿在所述區域中硬化成堅硬不滲透的水泥體。
22.權利要求21的方法，其中在所述的外加劑中所述氯化鐵的含量是0.5至30重量份。
23.權利要求21的方法，其中在所述的外加劑中所述分散劑是丙酮、甲醛和亞硫酸鈉的縮聚物，其含量是1至20重量份。
24.權利要求21的方法，其中所述外加劑中所述有機酸是0.1至10重量份的酒石酸。
25.權利要求21的方法，其中所述的能水合的聚合物是1至20重量份的羥基乙基纖維素。
26.權利要求21的方法，其中所述超細顆粒水硬性水泥的最大顆粒尺寸15微米和平均比表面積12000平方厘米/克，其含量是1至50重量份。
27.權利要求21的方法，其中所述的外加劑進一步包括0.01至5重量份的由聚二甲基硅氧烷組成的消泡劑。
28.權利要求21的方法，其中所述外加劑進一步包括5至20重量份的堿金屬或堿土金屬鹵化物。
29.權利要求21的方法，其中所述外加劑進一步包括1至50重量份的粒狀ASTM III型水泥。
30.權利要求21的方法，其中所述外加劑進一步包括1至50重量份的硅灰。
全文摘要
本發明提供一種通用的油井水泥外加劑和方法。所述的通用油井水泥外加劑可以改進油井水泥漿的性能，該外加劑可包括氯化鐵、分散劑、有機酸、能水合的聚合物和一種超細粒狀水硬性水泥。
文檔編號C04B28/04GK1495146SQ0212277
公開日2004年5月12日 申請日期1999年1月25日 優先權日1998年1月26日
發明者蘇德希爾·梅赫塔, 威廉·J·卡夫尼, 理查德·R·瓊斯, 里基·L·摩根, 丹尼斯·W·格雷, 吉頓·查特吉, R 瓊斯, W 格雷, J 卡夫尼, L 摩根, 查特吉, 蘇德希爾 梅赫塔 申請人:哈利伯頓能源服務公司, 大西洋里奇菲爾德公司