CN1033042A - 能很好地控制滤失量的水泥浆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及油井之类注水泥用的能很好地控制 滤失量的水泥浆，其特点在于水泥浆的混合液体是一 种用至少一种表面活性剂稳定的水包油乳状液。

Description

本发明涉及能很好地控制滤失量的水泥浆。详细地说，本发明涉及油井、天然气井、水井、地热井等注水泥用的水泥浆。
本发明的水泥浆供油井之类注水泥用是很有利的，供地热井、水井或天然气井注水泥用也是有利的。本专利申请尤其涉及油井的注水泥。
本发明提出新的水泥浆，用这种水泥浆注水泥时，渗入可渗透地下地层的滤失量可减少到最低程度。
油井注水泥的第一步是制备水泥浆（水泥、水和多种添加剂的混合物），接着在压力下将该混合物注入套管周围的环状空间。注水泥的第一个目的是防止液体在不同的地质层系之间流动，其次是固定套管并使其加固，最后是防止腐蚀。要使注水泥取得很好的效果，必须控制注入的水泥浆中的液体朝多孔地层方向的流动。
首先，在注入水泥浆的动态阶段，水泥浆的滤失会使水泥浆的密度改变，从而使其粘度增加和稠化时间缩短。这会危及注水泥作业。
其次，在静态阶段，即注水泥后的等候期，过多的滤失也是不利的，因为这会形成“滤饼”，阻塞环状空间，限制静压的传递。这样在某些地层中所含的高压气体便会经水泥浆迁移，在不同的地质层系之间形成“渠道”，甚至通到地面（这就是气体串槽）。而且，由于滤入地层中的液体可能含有添加剂或碎屑，这会损害某些敏感地带。
以前采用的控制水泥浆滤失量的方法是加入各种添加剂。特别是用很多水溶性聚合物作油井注水泥时控制滤失量的添加剂。这类聚合物有：纤维素衍生物（羟乙基纤维素，羧甲基羟乙基纤维素），由酰胺单体或丙烯酸单体或磺化单体、乙烯基吡咯烷酮或季铵盐合成而得的共聚物或三元共聚物。虽然这些聚合物在水泥浆中所起的作用各异，但它们都是可溶聚合物，因此都具有其本性所带来的相同的缺点，它们会吸附在水泥颗粒的表面，从而改变水泥浆的稠化时间、“游离水分”和流变参数等基本特性并影响与水泥表面相互作用的其它添加剂（如缓凝剂）的作用，或受这些添加剂作用的影响。
正因为这样，尽管法国专利申请第2540098和2570071号中已描述了聚合物基体系，仍需要有能更好地控制滤失量、且与水泥颗粒的相互作用有限并能提供更广泛的用途的新体系。
本发明就提出了这种体系。
本发明是解决滤失量控制问题的独创的方法。
本发明所涉及的水泥浆的特点不仅在于系用新的控制滤失量的添加剂，而且还在于水泥浆的混合液体是一种用至少一种表面活性剂稳定的水包油乳状液。
使用这种乳状液能产生所要求的效果。
该乳状液的油/水比为5-50%（重量）。业已证明，油的用量必须足以使水泥颗粒之间的油/水界面的毛细管作用能大大减少液体滤过水泥块。显然，这是一种独创的方法。
以上和本申请书全文及权利要求书所使用的“油”这一术语是指任何不与水混溶的液体，特别是：链烷烃、异链烷烃和芳香烃;萘衍生物;沥青;瓦斯油;石油和甚至硅油以及这些化合物的混合物。这些产品都是专业人员所熟知的。
表面活性剂的用量要足以保证乳状液稳定。
这种乳状液中表面活性剂的用量一般为油的用量的1-20%（重量）。
表面活性剂可选自亲水亲油平衡值（HLB）为8-20的任何阴离子乳化剂、阳离子乳化剂或非离子乳化剂，HLB的选择取决于要乳化的油的性质和使用条件。如果该化合物要在高温下使用，其HLB宜取上述范围的上部。
阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂可以单独使用或与非离子表面活性剂一起使用。同样，用于本发明的水泥浆的水包油乳状液可单用非离子表面活性剂使之稳定或用非离子表面活性剂与离子（阳离子或阴离子）表面活性剂一起使之稳定。
有经验的专业人员都知道，表面活性剂一般都不是用纯的，而是用同种产物的混合物。
例如，阴离子表面活性剂可选自链长约为8-14个碳原子的脂肪酸盐;带C10-C16的烷基硫酸盐;带C8-14烷基的烷基苯磺酸盐;乙氧化苯酚硫酸盐或一磷酸盐或二磷酸盐。
由于水泥的间隙水的pH值高，阳离子表面活性剂为季铵型，如带C4-20烷基的烷基三甲基铵、烷基二甲苄基铵或二烷基二甲基铵的氯化物或溴化物。
非离子表面活性剂可选自乙氧化烷基酚和乙氧基脂肪族醇。由于表面活性剂的HLB必须为8-20，因此烷基酚或脂肪族醇在含4-50环氧乙烷基的疏水部分中必须有6-20个碳原子。
这种表面活性剂都是普通的，是专家们所熟悉的。
本发明在水泥浆中用水包油乳状液作混合液体能使滤失量减少，如下面的实施例所示。
而且，使用这种乳状液决不排除使用其它添加剂。
例如，本发明的水泥浆也可含传统的添加剂如阻泡剂、速凝剂或缓凝剂、减重剂、增重剂等。
此外，已证明本发明的水泥浆在下述严峻条件下使用时是有效的：
-温度高达200℃（392°F）;
-含盐环境，盐的浓度可达37%（饱和）;
-密度，含少量或大量体积的水，含减重剂或增重剂;
-含高浓度的缓凝剂。
通过研究以下的实施例可以更好地了解本发明的其它特点和优点。
这些实施例是按照API10标准用去离子水在试验室进行试验的。
实施例1
按照API（美国石油学会）标准（API10）用Dyckerhoff G级热带水泥制备密度为1.89克/厘米3（15.8ppg（磅/加伦））的水泥浆。水泥浆含有17.76升/吨（0.2加伦/袋水泥）传统添加剂（萘磺酸与甲醛的缩合产物的钠盐，PNS），并用本发明的水包油乳状液制备而得。在本实施例和以下的实施例中，乳状液均指用来制备水泥浆的水与油和表面活性剂的混合产物。它有异链烷烃油基（EXXON CHEMICAL公司销售的ISOPAR L），并含下面三种表面活性剂（S1，S2或S3）中的一种表面活性剂：
-S1为聚氧乙烯壬基酚醚硫酸盐（30OE）
-S2聚氧乙烯壬基酚醚（10OE）
-S3为乙氧化C-13脂肪族醇（6OE）
在25℃（77°F）下ISOPAR    L油的粘度为1.34CP（或mpa-s）。滤失量和流变参数是在25℃（77°F）下按照API10标准测定结果列于表1中：
Figure 881075159_IMG1
用三种表面活性剂（S1、S2和S3）得到了值得注意的结果。
实施例2
表2说明油的用量的影响。
所用的水泥浆与实施例1相同，并实用S1表面活性剂和不同的水包油乳状液，乳状液中ISOPARL油所占的百分数是不同的（分别为10，20，30%）。表中的第2栏表示水泥浆中所有的水与水泥的重量比。最后一栏表示所试验的三种水泥浆中的两种水泥浆的稠化时间。试验值有很大的差异，这是由于这两种水泥浆中所用的水的数量是不同的。
结果表明滤失量的控制情况是很好的，即使在油的用量很少（10%）的情况下也是如此。
实施例3
同样，表3表明用S2表面活性剂和富水乳状液也能得到很好的结果。
Figure 881075159_IMG3
实施例4
可用不同的油制备本发明的乳状液。表4所示为：
-用实施例1的异构链烷烃ISOPAR    L所得的结果。
-用另一种粘度更大的异构链烷烃油（在25℃（77°F）下的粘度为7.45cp）（EXXON    CHEMICAL公司制造的ISOPAR    V）得到的结果。
-用一种芳香油（EXXON    CHEMICAL公司制造的ACTAEL400）得到的结果
-用标准柴油得到的结果
用以上四种油进行试验都得到很好的结果。
实施例5
表5所示为在25、60、85、120和150℃下测得的滤失量;在25、60和85℃下测得的流变参数以及在25、85、120和150℃下测得的稠化时间，所用的水泥浆与实施例2所用的低温用水泥浆相似，在水泥浆中加入了硅粉和耐高温缓凝剂。
Figure 881075159_IMG5
实施例6
表6表示，密度为1.89g/cm3（15.8ppg）和1.56g/cm3（13.0ppg）的水泥浆在25℃和85℃下的滤失量仍是很低的。还可看到，水泥浆的流动性随着其密度的降低而提高，这表明水泥浆的流变特性主要取决于水与水泥的重量比，而受油的用量的影响则是很小的。
Figure 881075159_IMG6
水泥和乳状液的混合流体可制备适合于各种用途的水泥浆，即从“轻的”到“重的”水泥浆。
“轻”的和“重”的这两种水泥浆为石油工程师们提出了特殊的问题，因为这两种水泥浆的性能实际上与“正常”密度的水泥浆的性能十分不同。
轻水泥浆的密度范围为12-14ppg（1.4-1.7g/cm3）;重水泥浆的密度为16ppg（1.9g/cm3）左右。本发明也适用，既具有轻水泥浆带来的问题、又具有含盐水泥浆带来的问题的轻的、含盐的水泥浆的特殊领域。
低密度水泥浆
轻水泥浆一般供井的靠近地面的部分注水泥用，也就是说用于在较低的温度（低于185°F，85℃）下注水泥。但对地热井来说，必须使用在高温下具有令人满意的性能的低密度水泥浆。表1表明，通过使水泥与水包油乳状液混合后能很好地控制滤失量，即使在密度低至12ppg（1.43g/cm3）的情况下也是如此。
水泥浆的其它性能也是令人满意的（表7）
Figure 881075159_IMG8
高密度水泥浆
深井注水泥常需使用具有足够高的密度的水泥浆，以防止液体从地层向地面窜槽或从一个地质层条向另一个地质层条窜槽。
表8表明，用密度为18ppg（2.15g/cm3）的水泥浆能很好地控制滤失量，即使在高温下也是如此，而且其流变特性、稠化时间和耐压缩性仍是很好的。
Figure 881075159_IMG11
Figure 881075159_IMG12
Figure 881075159_IMG14
含盐低密度水泥浆
水泥浆处于环状空间时会与氯化钠地层接触，为了防止地层的溶解，专家们使用了含有大量盐的泥浆。表9表明，用水包油乳状液作水泥浆的混合液体系能取得很好的结果，温度可高达185°F（85℃）
Figure 881075159_IMG15
Figure 881075159_IMG16
Figure 881075159_IMG17
Figure 881075159_IMG18

Claims (16)

1、供油井等注水泥用的能很好地控制滤失量的水泥浆，其特征在于其混合液体是恢钟弥辽僖恢直砻婊钚约廖榷ǖ乃腿樽匆骸?
2、权利要求1所述的水泥浆，其特点在于所述乳状液的油/水比为5-50%（重量）。
3、权利要求1或2所述的水泥浆，其特点在于乳状液中所用的油系选自链烷烃、异构链烷烃、芳香烃、萘衍生物、沥青、瓦斯油、石油、硅油及它们的混合物。
4、权利要求1-3中任一权利要求所述的水泥浆，其特点在于乳状液含有1-20%（相对于油的重量）表面活性剂（一种或一种以上）。
5、权利要求1-4中任一权利要求所述的水泥浆，其特点在于表面活性剂系选自亲水亲油平衡值为8-20的阴离子乳化剂、阳离子乳化剂或非离子乳化剂。
6、权利要求5所述的水泥浆，其特点在于乳状液含有阴离子，表面活性剂或阳离子表面活性剂，它们可以单独使用，也可与非离子表面活性剂一起使用。
7、权利要求5所示的水泥浆，其特点在于乳状液含有非离子表面活性剂，它可以单独使用，也可与阴离子表面活性剂或阳离子表面活性剂一起使用。
8、权利要求5-7中任一权利要求所述的水泥浆，其特点在于阴离子表面活性剂系选自含8-14个碳原子的脂肪酸盐、C10-C16的烷基硫酸盐、带C8-C14的烷基苯磺酸盐、乙氧化的苯酚硫酸盐和-碳酸盐或二磷酸盐。
9、权利要求5-8任一权利要求所述的水泥浆，其特点在于阳离子表面活性剂系选自季铵盐，如带C4-26烷基的烷基三甲基铵、烷基二甲苄基铵或二烷基二甲基铵的氯化物或溴化物。
10、权利要求5-9中任一权利要求所述的水泥浆，其特点在于非离子表面活性剂系选自乙氧化烷基酚或乙氧化脂肪族醇。
11、权利要求1-10中任一权利要求所述的水泥浆，其特点在于水泥浆的密度大于12ppg（大于1.4g/cm3）。
12、权利要求1-10中任一权利要求所述的水泥浆，其特点在于水泥浆的密度为12-14ppg（1.4-1.7g/cm3），且该水泥浆含30%氯化钠。
13、权利要求1-12中任一权利要求所述的水泥浆，其特点在于该水泥浆含二氧化硅砂。
14、权利要求1-13中任一权利要求所述的水泥浆，其特点在于表面活性剂为乙氧化壬基酚硫酸盐（300E）。
15、以上权利要求中任一权利要求所述的水泥浆，其特点在于该水泥浆含有传统的添加剂如阻泡剂、缓凝剂和速凝剂、分散剂、减重剂、增重剂等。
16、在钻油井、天然气井、水井或地热井时向环状空间注水泥的方法，其特点在于用泵将权利要求1-15中任一权利要求所述的混合物送入环状空间。
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