CN105189402A - 水泥浆组合物和方法 - Google Patents

Abstract

本公开描述了一种水泥浆组合物，其含有水泥、水和有机聚合物颗粒。所述组合物还包含非离子表面活性剂，所述非离子表面活性剂的亲水部分中可包含乙氧基化基团或包含乙氧基化基团和丙氧基化基团二者。所述非离子表面活性剂起将疏水聚合物颗粒分散于浆料中以及减少或预防起泡的作用。制备所述水泥浆组合物，然后将其泵送至地下井中，并浇注于地下井的区域中。然后等待一段时间，使所述水泥浆组合物在所述区域中凝固成固体块。

Description

水泥浆组合物和方法

背景技术

该部分中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可不构成现有技术。

本公开总体涉及用于对具有井眼的地下井进行处理或完井的组合物和方法。更具体地，本公开涉及用于对地下井固井的水泥浆组合物，并且在一个可选方案中，涉及用于地下井完井和/或对具有井眼的地下井固井的方法。本公开还涉及制备含有聚合物颗粒作为添加剂的水泥浆组合物和/或减少这样的水泥浆组合物中的泡沫的方法。

在典型的固井操作中，在地面上制备水泥浆，然后将其泵送至地下井中，通过衬管或套管，以填充套管与井眼壁之间的环形空间。一旦浆料凝固后，水泥即可提供一些功能，包括提供层位封隔和分离、腐蚀控制和结构支承。适当制备的浆料和凝固水泥在套管周围形成强的、几乎不可渗透的密封。

一般而言，水泥浆应当具有相对较低的粘度，以有助于泵送以及在地面处制备期间以及递送至井和目标区域期间均有效地维持恒定的流变性质。假设水泥浆得以适当制备并递送至目标区域，则凝固水泥的性质将主要取决于浆料的组分，以及浆料组合物中所包含的添加剂。在理想的情况下，适当浇注的(placed)水泥浆将在最短时间内具有高的压缩强度。

近些年来，已经采用有机聚合物颗粒作为水泥浆中的添加剂，以实现或增强某些水泥性质。一般而言，聚合物颗粒的添加导致浆料成分的改进的结合，这可帮助达到升高的强度和高的耐久特性等。然而，这些颗粒的疏水特性也存在一些不期望的问题。特别地，可在聚合物改性的水泥浆中观察到可混性和起泡问题。

在本领域中，常常使用连续混合方法来制备水泥浆，所述连续混合方法还称为边递送边混合(mixingon-the-fly)。通过使用喷射混合机将固体共混物与水和液体添加剂混合。所述喷射混合机生成调控的固体流，从而产生空隙以将干燥粉末组分引入(由文丘里效应所致)混合物中。不幸的是，该引入行为还将空气引入和夹带至浆料中。如果使其稳定化，则浆料中的过量空气可导致密集填充的空气泡聚集然后形成于浆料的表面处，即，起泡。过量的夹带空气和泡沫可有害地影响浆料设计。例如，其可改变浆料成分和性能，包括偏离最优浆料密度或提高浆料粘度。这样的状况还可引起泵送问题和低效。操作者试图在泵送之前以机械方式尽量多地从浆料去除夹带的空气，通常通过进一步混合来进行。然而，对于包含大量疏水聚合物颗粒的浆料而言，这样的除气努力常常无法从浆料中去除足够的夹带空气以避免浆料品质问题或泵送问题。

为了减轻水泥浆制备中的起泡问题，不同的传统措施是可用的。可将消泡和去泡添加剂添加至浆料中以防止或最小化起泡。还可使用分离器设备与传统的浆料混合机结合，以通过机械方式从浆料中去除夹带的空气。例如，来自SchlumbergerLtd.的SlurryAirSeparator装置采用了水力旋流器机构以从水泥浆中分离和去除夹带的空气。作为另一选择，可将浆料传送至大容器(largetank)，用于成批混合。大部分剩余的夹带空气可从浆料中去除。虽然前述选择中的任一项都可有效减少浆料中的夹带空气和泡沫，但是这些选择的使用并非总是可行的。例如，与使用另外的设备或添加剂相关的操作时间和成本可能是不可接受的，或者在一些现场地点，设备可能是不容易得到的。此外，在某些操作条件下，这些措施中的一些已经证明在减少夹带空气和泡沫方面不那么令人满意。因此，仍然需要减少、去除或防止用于井眼完井的水泥浆中空气夹带和起泡状况的方法和/或组合物。

发明内容

本公开涉及含有聚合物颗粒的水泥浆组合物。

一些实施方案涉及防止或控制水泥浆制备或水泥操作中起泡的方法。另一些实施方案涉及用于对包含井眼的地下井固井或完井的方法。

在一个方面中，提供了水泥浆组合物，其含有水泥、水和有机聚合物添加剂(例如，疏水有机聚合物颗粒，如橡胶颗粒)。所述组合物还包含非离子表面活性剂。在多个实施方案中，所述非离子表面活性剂是包含乙氧基化基团(ethoxylategroup)的非离子表面活性剂、包含乙氧基化基团和丙氧基化基团(propyxlategroup)二者的非离子表面活性剂、烷氧基化物(包括包含氧化丙烯的烷氧基化物和包含氧化丁烯的烷氧基化物)。

在另一个方面中，描述了用于对包含井眼的地下井固井的方法。所述方法需要制备含有包含水泥、水、聚合物颗粒和非离子表面活性剂的组分的水泥浆组合物，以及将所述水泥浆组合物泵送至所述地下井内，并将所述组合物浇注于所述地下井的区域中。然后等待一段时间，使所述水泥浆组合物在所述区域中凝固成固体块。

在另一个方面中，描述了一种减少用于引入地下井内的其中含有疏水有机聚合物颗粒的水泥浆组合物中的泡沫生成的方法。所述方法包括：制备包含水泥和有机聚合物颗粒的干燥共混物，制备水溶液，以及将非离子表面活性剂添加至所述水溶液中。然后使用连续混合方法将所述干燥共混物混合于所述水溶液中，所述非离子表面活性剂由此起将所述聚合物颗粒分散于所述溶液中并减少起泡的作用。

附图说明

另一些实施方案可结合附图来理解。

图1是展示包含不同浓度的非离子表面活性剂的多种含水溶液的接触角测量的图示；

图2是展示在混合后多种溶液的随着时间的相对体积增加(relativevolumeincrease)的图示；并且

图3示出了包含橡胶颗粒的水溶液的照片。

具体实施方式

首先，应注意，在开发任何这样的实际实施方案时，必须做出许多实施方式-特异性的决定，以达到开发者的特定目的，例如，与系统相关的限制或商业相关的限制的顺应性，这使得实施方式彼此之间将各有不同。此外，应理解，这样的开发努力可能是复杂的并且耗时的，但是其是享有本公开的益处的本领域技术人员的常规任务。此外，本文使用/公开的水泥浆组合物还可包含除了所引述的组分以外的一些组分。在发明内容和本具体实施方式中，除非在上下文中另有说明，每个数值应当一次读作由术语“约”修饰(除非已经明确地被如此修饰)，并且然后再次读作不被如此修饰。此外，在发明内容和本具体实施方式中，应理解，被列举或描述为可用的、合适的等的浓度范围旨在认为已经陈述了包括端点在内的该范围内的任何和所有浓度。例如，“1至10的范围”应读作表示沿着约1至约10之间的连续区的每个和所有可能的数字。因此，即使在该范围内的特定数据点，或甚至在该范围内没有数据点，被明确地鉴定或提及仅一些特定点，也应理解，发明人领会并理解，视为已经指定该范围内的任何和所有数据点，并且发明人拥有整个范围以及该范围内的所有点的知识。

如本文所述，提供了水泥浆组合物(以及制备方法)，其中包含有机聚合物颗粒和非离子表面活性剂作为添加剂。出于对凝固水泥的机械强度以及浆料的理想粘度和品质的最优平衡的特别考虑，所述水泥浆组合物包含合适量的水泥和水，以组成基础浆料组合物。提供了有机聚合物颗粒以实现或增强浆料中的期望性质或最终凝固水泥中的期望性质。提供了非离子表面活性剂以减少或消除夹带的空气，以及本应由于大量的疏水有机聚合物颗粒的存在而激发的起泡。

如在减轻水泥浆中的夹带空气或泡沫生成问题的上下文中所用的，术语“减少”还意为消除、防止、最小化或以其它方式缓和浆料中夹带空气或泡沫的存在或形成。根据本公开，描述了可解决该问题的方法，例如，通过使夹带的空气或泡沫从浆料中消散或逸失以及/或者通过影响可引起夹带的空气或泡沫形成或累积的条件以防止和阻止这样的形成或累积来进行。针对起泡，所描述的方法和组合物可被表征为并入了去泡或消泡倾向，或这二者。

在一些优选实施方案中，所述水泥浆组合物一般包含按重量计约10％至50％的水泥或水泥质(cementious)材料，以及按重量计约5％至约40％的有机聚合物颗粒。此外，在这些优选实施方案中，所述水泥浆组合物包含按重量计约0.05％至约0.5％的非离子表面活性剂。在另一些组合物——特别是含有增加量的添加剂(包括疏水有机聚合物颗粒)的组合物——中，水泥浆组合物中非离子表面活性剂的量可为高至按重量计约5％。在另一些优选组合物——特别是含有最小量的疏水聚合物颗粒和其它添加剂的组合物——中，非离子表面活性剂的量可为低至按重量计约0.005％。

在一种对井眼固井的方法中，首先在地面处制备水泥浆组合物。水泥浆组合物的制备优选需要制备包含聚合物颗粒的所有固体的干燥共混物以及包含淡水和非离子表面活性剂的湿共混物。更多添加剂可包含于所述共混物中，为本领域公知的且/或为特定的固井操作和井眼条件所需要的。然后，以标准混合方法，使用例如喷射混合机，在单遍(singlepass)操作中并且以足以将所有固体并入混合物中的标准混合速度和时间，将干燥共混物添加至湿共混物。在合适的制备中，将混合速度维持于约4000rpm约2分钟。在两分钟结束时，水泥浆中未观察到起泡。

混合后，可将水泥浆组合物泵送至井眼中。通常将水泥浆递送至井眼中，从而填充钻探的孔与套管柱之间的环形空间。在原位，使水泥浆固化和硬化。一旦凝固后，水泥即达到设计预期的机械性能，包括高强度。凝固水泥还提供了套管周围的不可渗透的密封。

本文描述的浆料组合物可采用传统用于完井的水泥类型中的任一种。其包括更常用的由石灰石以及或粘土或页岩产生的波特兰水泥。最优选的，所述水泥应满足美国石油研究所(AmericanPetroleumInstitute)的化学和要求(chemicalandrequirements)，并且符合API水泥分类中的一种。在任何情况下，应理解，用于应用中的水泥的类型和配方将取决于一些因素，包括期望的井下条件以及固井操作的具体目的和目标。

现有技术中已经采用了将聚合物颗粒或纤维添加至水泥浆来实现或增强水泥浆或凝固水泥中的某些性质。在一些一般性例子中，所述聚合物的添加增强了多种浆料成分的结合，并且改进了凝固水泥的机械和耐久特性。本描述主要涉及有机聚合物颗粒。例如，在美国专利申请公布US2012/0312535中，描述了将胶乳颗粒用于自愈或自修复水泥体系的设计中。这些水泥体系可配置成抵消水泥的物理结构中的变化或故障。在另一些例子中，已经使用了有机聚合物颗粒作为水泥浆中的添加剂，以达到更高的抗弯强度和韧性，或改进振动衰减，或在浆料中制造阻断气体迁移的密封。

一般而言，本文描述的方法和组合物可采用多种疏水颗粒，以实现特定的目的或性质；然后选择非离子表面活性剂以纳入所述浆料组合物中，以解决因疏水颗粒的选择而引起的潜在问题。在本文描述的一些优选实施方案中，采用了被观察到大部分疏水的有机聚合物颗粒。在选择表面活性剂以将疏水颗粒结合于浆料混合物中的过程中，考虑因素包括：该表面活性剂是否将稳定于浆料中，以及其是否可能有害地影响有机聚合物颗粒和/或水泥浆组合物的性能。除了使用本文描述的橡胶颗粒外，根据本公开的方法和组合物还可采用以下有机颗粒中的一些：聚(丙烯酸)；聚(丙烯腈)；聚(丙烯酰胺)；马来酸酐聚合物；聚酰胺；聚亚酰胺；聚碳酸酯；由二烯单体制成的聚合物；主聚合物链中包含酯官能团的饱和和不饱和的聚合物，例如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)；聚氨酯聚(丙二醇)；碳氟聚合物；聚乙烯、聚丙烯、其共聚物；聚苯乙烯；聚(乙烯基醇缩醛)；聚(乙烯基)聚合物；聚(偏二氯乙烯)；聚(乙酸乙烯酯)；聚(乙烯醚)和聚(酮)；硬沥青；石墨；煤；以及蜡。在某些优选组合物中，疏水有机聚合物颗粒的量是相对较高的，大致为按重量计25％的固体共混物，并且在另一些实施方案中，可为按重量计约35％的固体共混物。

如上所述，水泥浆中大量有机聚合物颗粒的存在可导致起泡问题。有机聚合物颗粒的疏水性质倾向于稳定空气与聚合物颗粒表面之间的界面，其及时导致将夹带的空气和空气泡转化成稳定的泡沫。在该领域中，开始有必要在将水泥浆引入井内之前减轻该泡沫状况。根据本描述，还将非离子表面活性剂添加至水泥浆，以帮助减少所述聚合物改性的浆料中夹带空气的量，并减轻起泡状况。

表面活性剂是包含疏水基团(尾部)和亲水基团(头部)二者的有机化合物。表面活性剂在水中扩散，并吸附于空气与水或油与水之间的界面处。不溶的疏水尾部可延伸出本体水(bulkwater)相，例如，至油相中，而水溶性头部维持于水相中。表面活性剂在表面处的对齐改变了水\油或水\油界面处的水的表面性质。在目前所描述的组合物中选择和采用的表面活性剂的种类是非离子表面活性剂，其特征是不包含净电荷的疏水基团或头部。在本体水相中，表面活性剂形成聚集物，所述聚集物的特征是形成芯的疏水基团或尾部，以及通常围绕芯并接触周围液体的亲水头部。表面活性剂的亲水-亲油平衡或HLB值是表面活性剂亲水或亲油的程度的量度，其由亲水基团和疏水基团的相对大小来确定。

一般而言，选择的非离子表面活性剂可溶于水，并且表现出水泥浆组合物中的化学稳定性(即，非常高的pH和强离子强度)。在水泥浆组合物中使用所选择的表面活性剂还会提高疏水颗粒的可湿性，以及提供低泡沫生成或良好的去泡效果，以及与之结合的溶液中疏水颗粒的分散。优选地，如下文进一步示出的，所选择的非离子表面活性剂在亲水部分中包含乙氧基化基团和丙氧基化基团二者。其它合适的非离子表面活性剂包括包含一些摩尔的氧化丙烯或氧化丁烯的脂肪醇烷氧基化物。当应用的温度高于其浊点时，该类型的非离子表面活性剂提供了提高的可湿性结果以及去泡效果。

申请人已经确立，当使用这样的非离子表面活性剂(non-surfactant)作为水泥浆添加剂与疏水有机聚合物颗粒结合使用时，混合后水泥浆中存在的泡沫被大幅减少。根据本公开，将所选择的非离子表面活性剂添加至水泥浆组合物，并且在混合时，提高水与空气(或其它类型的气体)之间的表面张力，从而使泡沫不稳定(去泡剂)或防止泡沫形成(消泡)。表面活性剂去泡倾向将取决于几个参数：表面活性剂化学和结构；疏水部分和亲水部分之间的比率(一般而言，更高的疏水性意味着更低的起泡趋势)；表面活性剂的量；以及表面上的吸收率。

此外，在不添加非离子表面活性剂的情况下，空气泡将被疏水颗粒表面稳定，并在颗粒之间累积。这将导致颗粒和空气泡的稳定聚集，从而尤其改变水泥浆密度规范以及阻止有机聚合物颗粒的适当混合等。所选择的非离子表面活性剂起润湿剂的作用，其有效地降低疏水颗粒与水之间的表面张力。这随后降低困陷于颗粒表面处的空气的量，并提高疏水颗粒在水中的分散。该分散改进了包含聚合物颗粒的水泥浆的可混性，并且还降低了浆料保留夹带空气的趋势。结果，减少了制备期间在浆料中存在的泡沫，并且可在不用其它除气技术的情况下将水泥浆泵送至井中。

水泥浆组合物中添加的表面活性剂的浓度取决于浆料配方。更特别地，优选的表面活性剂浓度将大部分地取决于添加至组合物中的疏水颗粒的量以及所述颗粒提供的表面积。更大的量和更大的表面积将保证表面活性剂的更高浓度，从而解决可混性问题。注意到，水泥浆中指定浓度的较小颗粒将存在比在相同水泥浆中由较大颗粒构成的相同浓度更大的总表面积，并且因此，需要更高浓度的表面活性剂。在某种意义上，根据本公开的方法和组合物允许使用不仅在浆料中的更大浓度的疏水有机聚合物，而且更大数量的聚合物，这些可为独立有利的。在某些优选组合物中，疏水颗粒的量大致为按重量计25％的固体共混物，这是相对较高的，但是在一些情况下，该数量可达到35％。

因此，在一个方面中，本公开提供了固井和水泥浆制备的方法，其允许更高的添加至浆料的疏水颗粒浓度而不遇到可混性和起泡问题。包含提高浓度的疏水颗粒将给水泥浆或凝固水泥赋予期望的或增强的性质，这在以前是达不到的。例如，通过使用提高浓度的某些聚合物颗粒，水泥浆将膨胀更多，并且达到相对更大的体积，并且更轻、更柔韧、有弹性、更轻——所有期望的性质。然而，如果浆料可混性成问题，则这些改进的性质将实现不了。

本领域技术人员公知的是，水泥浆组合物中可包含许多其它组分和添加剂。这些物质包括降滤失剂、凝固延迟剂、分散剂、轻质增量剂等。本公开中描述的或实验的浆料组合物揭示了这样添加剂中的一些(参见例如，以下的表1、2和3)。一般而言，这些添加剂的纳入以及它们对非离子表面活性剂、疏水颗粒和水泥浆的影响可为针对水泥浆组合物的非离子表面活性剂的类型和量的选择中相关的考虑因素。

为了开始优选的固井或完井方法，根据本教导，制备水泥与添加剂的固体或干燥共混物。所述水泥可为根据API分类的各种类型中的一种并且适于固井应用，并且含有各种预期的添加剂。在该实施方案中，所述添加剂包括已经选择以提高凝固水泥中的抗弯强度和延展性的有机聚合物颗粒，例如橡胶颗粒。还制备了含水溶液，其起始于合适浆料组合物所需要的量的淡水，并且包含一种或多种添加剂。在一个实施方案中，混合于所述水中的添加剂是非离子表面活性剂，例如，辛基酚乙氧基化物(来自DowChemicalCo.,Houston,Texas的TritonX-45或TritonX-102)或乙氧基化物/丙氧基化物(来自DowChemicalCo.的Tregitolminfoam2X)。使用喷射混合机将包含所有固体添加剂的干燥共混物添加至该水溶液中，例如，以制成期望的水泥浆。为了更精确地控制，可通过在大容器中循环并使用分批混合机来分批混合所述共混物。

与大多数水泥浆制备一样，该混合过程的目的是得到含有适当量的添加剂和水并且具有目标密度的粘稠浆料。最优的水泥-水比率一般是在完全水化时达到最大强度与具有充分的水体积以将浆料的粘度降低至可泵送水平之间的平衡。必须降低粘度以有利于将水泥浆泵送通过井眼的狭长的环形空间。

表1示出了根据一个实施方案的水泥浆组合物的组分。所述浆料包含水泥添加剂以避免在临界水化期间气体环形迁移(annularmigration)至水泥浆中。所述水泥添加剂是聚合物微凝胶的悬浮剂，其形成封闭气体迁移的不可渗透的滤饼。在该优选组合物中，所述非离子表面活性剂是烷氧基化物表面活性剂。

表1：水泥浆组合物

组合物

实施例

应认识到，提供以下实施例用于辅助对本教导的一般性理解。这些实施例不应被解释成将本教导的范围和申请限制于这些实施例的内容。注意到，在一些实施例和实验中，选择橡胶颗粒作为有机聚合物颗粒，这部分是因为橡胶颗粒常常被用作用于完井的水泥浆料中的添加剂，并且本领域技术人员很可能熟悉其使用。在任何情况下，选择橡胶颗粒仅为了便于描述，并且本描述集中于这样的使用不应被视为限制所提出的概念和教导。所提出的组合物和方法还可应用于采用其它疏水聚合物颗粒的水泥浆组合物，以实现或增强浆料或凝固水泥中的某些性质。

一般性地列出了一些实验，以示出不同的表面活性剂对水溶液中橡胶颗粒的可湿性的影响。对于这些实验，选择了一些非离子表面活性剂用于包含于水泥浆组合物中。每种所选择的表面活性剂都是由DowChemicalCompany,Houston,Texas市售制造的产品。所述非离子表面活性剂包括以下物质：Triton-X45、TritonX-102和TergitolMinFoam2X。这些产品的特性报道于表1中。头两种表面活性剂是辛基酚乙氧基化物分子，其区别在于亲水头部的大小：Tritonx-45包含4.5摩尔的氧化乙烯(EO)，而TritonX-102中存在12摩尔的EO。因此，这两种表面活性剂具有不同的亲水-亲油平衡：TritonX-45的HLB值为～10，而TritonX-102的HLB值为～14。第三种表面活性剂具有不同的化学组成，并且其亲水部分中包含乙氧基化基团和丙氧基化基团二者。如表2中报道的，非离子表面活性剂TergitolMinFoam2x存在中间HLB值(～12)和低得多的CMC(24μM)。

表2：所研究的三种非离子表面活性剂的性质

实施例1：

第一实验的目的是评价所选择的表面活性剂对可湿性的影响，即，对聚合物颗粒表面的可湿性的影响。对于每种所选择的表面活性剂，提供了各自包含不同量的表面活性剂的一些水溶液，包括包含0％的表面活性剂浓度的第一对照溶液。使用来自Teclis的Tracker表面张力计测量每种溶液的接触角。因为测量粉末上的接触角存在一些实验难度，所以在橡皮圈上进行接触角测量。

所得的结果提供于图1中，其中针对所测试的不同溶液，将平均测量的接触角绘制成水中表面活性剂重量浓度的函数。如所示出的，不含表面活性剂的水溶液的接触角的值为110度。对第一溶液的该测量证实了聚合物表面的不良可湿性。对于包含一定浓度的一种表面活性剂的水溶液，很大地提高了相对于橡胶表面的可湿性。如图1所示，当溶液中表面活性剂的量从按重量计0.01％升高至0.04％时，接触角减小。在0.04％浓度下，各溶液的接触角降低至约25度左右。

该实验的结果示出，将非离子表面活性剂添加至水溶液中改进了水溶液相对于橡胶表面的可湿性。因此，该实验结果表明了，将非离子表面活性剂包含于包含橡胶颗粒的水泥浆组合物中将提高水溶液-橡胶颗粒界面的可湿性。

实施例2：

为了评价在混合期间由所选择的表面活性剂夹带的空气的程度，进行了一系列起泡测试。使用Warring混合机来混合200mL包含0.04％和0.1％两种不同浓度的表面活性剂的水溶液。为再现水泥浆料的标准API方法中所使用的相同混合速度，将溶液首先以4000转每分钟(rpm)混合35秒，并且随后以12000rpm混合相同时间。在混合后，测量作为时间的函数的每种溶液的体积，以确定在混合期间生成并保留于溶液中的空气泡的量。

在图2中，对于包含0.04％的表面活性剂的溶液，将混合后测量的体积V_混合后与初始体积V₀之间的比率绘制为时间的函数。对于所测试的三种表面活性剂中的每一种，比率V_混合后/V₀在刚刚混合后t＝0处最高，然后一般随着时间降低。这表明，在混合后溶液中存在空气泡，并且生成了初始泡沫，从而导致溶液体积的增加。这些图还显示，比率V_混合后/V₀一般在一定的初始时间后稳定，这意味着空气泡破裂并且泡沫消散。

图2表明，对于表面活性剂TergitolMinFoam，溶液中夹带的空气的量是更小的问题，因为初始体积V₀相对较低，并且更重要的是，在仅几分钟后，溶液回到初始体积。即，溶液中的空气泡在混合后不久即破裂，并且混合时生成的泡沫相对较快地消散。相比之下，使用TritonX-102的溶液表现出在混合期间生成多得多的空气泡，并且倾向于比其它溶液维持更多的泡。事实上，即使是在20分钟后，该溶液仍然维持了多于40％的体积增长。

然后提供具有更高的相同表面活性剂的浓度(0.1％)的水溶液，并如之前那样混合。在t＝0处，在每种含有Triton表面活性剂的水溶液中观察到的泡沫的量都比在较低浓度(0.04％)下观察到的更高。对于包含更高浓度的TergitolMinFoam的溶液，观察到的泡沫的量与包含较低浓度的非离子表面活性剂的溶液中观察到的量相当。对于每种含有更高浓度的表面活性剂的溶液，溶液体积随着时间减小的速率与在较低浓度下观察到的速率良好对应。换言之，初始生成了更多泡沫，但是泡沫以与对含有较低浓度的表面活性剂的溶液观察到的相同方式消散。

实施例3：

另一个实验的目的是确定表面活性剂的添加对橡胶颗粒在水中的分散的影响，以及对水泥浆的可混性的影响。图3提供了对包含疏水橡胶颗粒形式的添加剂的水溶液柱的两种描述。左边的第一描述A示出，水溶液表现出两个可清楚辨别的相：橡胶颗粒相和水相。在第一描述右边的第二描述B中，已经将疏水橡胶颗粒直接混合于包含0.04％的TergitolMinFoam的水溶液中。与不含表面活性剂的第一溶液形成明显对比的是，观察到单一的相，这表明聚合物颗粒在水溶液中的良好均匀分散。该分散保持多于48小时的稳定。

因此，该实施例确立了，所选择的非离子表面活性剂的添加使疏水橡胶颗粒容易地分散于水溶液中。这还表明了，将所述非离子表面活性剂添加于包含疏水聚合物颗粒的水泥浆中将促进聚合物颗粒在溶液中的分散以及水泥浆组合物的良好可混性。

实施例4：

为了确定表面活性剂的存在对水泥浆可混性的影响，研究了包含橡胶颗粒的浆料设计。在开始的基础测试中，按照实验室方法混合浆料。将包含包括消泡添加剂的所有固体添加剂的干燥共混物添加至液相中，同时在4000rpm下混合，并测量完全纳入所述固体所需的时间。在该情况下需要多于5分钟。

以按重量计约0.1％的浓度将非离子表面活性剂TergitolMinFoam添加至水溶液中。此外，从配制物中去除消泡添加剂以分离所述表面活性剂引起的可能的空气夹带。在按照相同的方法混合该新设计后，观察到混合的溶液没有泡沫。在该情况下，纳入固体所需的时间为约2分钟，这是比在第一种情况下所需要的时间短得多的时间。这确立了，非离子表面活性剂的添加提高了水泥浆的可混性，并且与使用消泡添加剂相比，其更有效地防止了泡沫的生成。

表3：包含橡胶颗粒的浆料设计

BVOB：基于共混物的体积-VBWOC：基于水泥重量的体积

(ByvolumeOfBlend(volumebyweightofCement

虽然已经在针对使公开内容可实施而描述了多个实施方案，但是应理解，所公开的实施方案不是限制性的。本领域技术人员基于阅读本说明书会想到的变型和修改也落在所附权利要求书中所限定的本公开范围内。

Claims (20)

1.水泥浆组合物，其包含：

水泥；

水；

有机聚合物添加剂；以及

非离子表面活性剂。

2.如权利要求1所述的水泥浆组合物，其中所述有机聚合物添加剂是有机聚合物颗粒，并且其中所述非离子表面活性剂具有包含乙氧基化基团和丙氧基化基团的亲水基团。

3.如权利要求1所述的水泥浆组合物，其中所述有机聚合物添加剂是有机聚合物颗粒，并且其中所述非离子表面活性剂是辛基酚乙氧基化物。

4.如权利要求3所述的水泥浆组合物，其中所述非离子表面活性剂包含约4.5摩尔至12摩尔的氧化乙烯。

5.如权利要求3所述的水泥浆组合物，其中所述非离子表面活性剂的hlb值为约10至约14。

6.如权利要求1所述的水泥浆组合物，其中所述有机聚合物添加剂是橡胶颗粒，并且所述非离子表面活性剂包含乙氧基化基团并且具有约10至14的hlb值。

7.如权利要求1所述的水泥浆组合物，其中所述非离子表面活性剂选自以下非离子表面活性剂：包含乙氧基化基团的非离子表面活性剂；包含乙氧基化基团和丙氧基化基团二者的非离子表面活性剂；包含氧化丙烯的烷氧基化物；以及包含氧化丁烯的烷氧基化物。

8.如权利要求1所述的水泥浆组合物，其中所述有机聚合物添加剂是橡胶颗粒。

9.如权利要求1所述的水泥浆组合物，其还包含：

消泡剂；以及

分散剂。

10.如权利要求1所述的水泥浆组合物，其中所述有机聚合物添加剂以按重量计约5％至约40％的浓度存在，并且所述非离子表面活性剂以按重量计约0.005％至约5％的浓度存在。

11.如权利要求10所述的水泥浆组合物，其中所述非离子表面活性剂以按重量计约0.05％至约0.5％的浓度存在，并且所述水泥以按重量计约10％至约50％的浓度存在。

12.对包括井眼的地下井固井的方法，其包括：

制备含有包含水泥、水、聚合物颗粒和非离子表面活性剂的组分的水泥浆组合物；

将所述水泥浆组合物泵送至所述地下井内，并将其浇注于所述地下井的区域中；以及

等待一段时间，使所述水泥浆组合物在所述区域中凝固成固体块。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述非离子表面活性剂包括在亲水基团中包含乙氧基化基团和丙氧基化基团的非离子表面活性剂。

14.如权利要求12所述的方法，其中制备所述水泥浆组合物包括

制备包含所述水泥和有机聚合物颗粒的干燥共混物，

制备包含所述水和所述非离子表面活性剂的湿共混物，以及

以适于制成基础浆料的水泥与水的比率混合所述干燥共混物和湿共混物。

15.如权利要求14所述的方法，其中制备所述水泥浆组合物包括使用喷射混合机以连续混合的方式混合所述干燥共混物和所述液体共混物。

16.如权利要求12所述的方法，其中所述聚合物颗粒是橡胶颗粒，并且所述非离子表面活性剂包含乙氧基化基团。

17.如权利要求12所述的方法，其还包括

在制备所述水泥浆组合物之前，提供选自以下非离子表面活性剂的非离子表面活性剂：包含乙氧基化基团的非离子表面活性剂；包含乙氧基化基团和丙氧基化基团二者的非离子表面活性剂；及其组合。

18.如权利要求12所述的方法，其中制备所述浆组合物包括

提供一定量的所述水泥、聚合物颗粒和非离子表面活性剂，以产生含有按重量计约5％至约40％的所述聚合物颗粒和按重量计约0.05％至约0.5％的所述非离子表面活性剂的水泥浆组合物。

19.减少用于引入地下井内的其中含有疏水有机聚合物颗粒的水泥浆组合物中的泡沫生成的方法，所述方法包括：

制备包含水泥和有机聚合物颗粒的干燥共混物；

制备水溶液；

将非离子表面活性剂添加至所述水溶液中；以及

使用连续混合方法将所述干燥共混物混合入所述水溶液中，所述非离子表面活性剂由此起将所述聚合物颗粒分散于所述溶液中以及减少起泡的作用。

20.如权利要求19所述的方法，其中所述聚合物颗粒是橡胶颗粒，并且所述非离子表面活性剂的亲水部分中包含乙氧基化基团和丙氧基化基团二者，添加所述非离子表面活性剂以构成所述水泥浆组合物中的按重量计约0.05％至约0.5％的非离子表面活性剂。