EA008739B1

EA008739B1 - Суспензия диоксида кремния и способ получения указанной суспензии

Info

Publication number: EA008739B1
Application number: EA200500027A
Authority: EA
Inventors: Эльдар О. Дингсейр; Магне Достель; Кор Олдензил; Бьерн Вассей
Original assignee: Элкем Аса
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2007-08-31
Also published as: DE60322714D1; EA200500027A1; ATE403631T1; BR0311528B1; MXPA04012028A; CA2489486A1; AU2003241221A1; NO316509B1; BR0311528A; WO2003106368A1; EP1534646B1; US7393407B2; US20050172864A1; NO20022884D0; DK1534646T3; NO20022884L; EP1534646A1; CA2489486C

Abstract

Данное изобретение относится к суспензии, содержащей частицы аморфного диоксида кремния с размером частиц менее 1 мкм и кварцевую муку с размером частиц от 2 до 200 мкм. Для стабилизации суспензии она содержит полисахарид. Изобретение дополнительно относится к способу получения суспензии, содержащей воду, аморфный диоксид кремния с размером частиц менее 1 мкм и кварцевую муку с размером частиц от 2 до 200 мкм, где полисахарид прибавляют к суспензии воды и аморфного диоксида кремния, после чего кварцевую муку примешивают к суспензии аморфного диоксида кремния.

Description

Данное изобретение относится к добавке для цемента для нефтяной скважины, содержащей частицы аморфного диоксида кремния и кварцевую муку, и к способу получения указанной добавки.

Предпосылки создания изобретения

Из патента ЕР-В 467921 известен способ подмешивания диоксида кремния к гидравлическому жидкому цементному тесту, где аморфный диоксид кремния с частицами меньше 1 мкм смешивают с водой с образованием водной суспензии микрокремнезема, после чего кварцевую муку с частицами размером от 2 до 200 мкм смешивают с суспензией частиц аморфного диоксида кремния. Наконец, полученную жидкую суспензию прибавляют к жидкому цементному тесту в смесителе.

Жидкое цементное тесто, полученное согласно способу патента ЕР-В 467921, применимо, в частности, для цементирования нефтяных скважин при высоких температурах, выше 100°С, поскольку было найдено, что это предотвращает ослабление со временем прочности цемента.

Чтобы сделать в полной мере экономичным и практичным использование способа согласно патенту ЕР-В 467921, суспензия, содержащая аморфный диоксид кремния и кварцевую муку, должна быть произведена и транспортирована к месту цементирования для примешивания к жидкому цементному тесту незадолго до цементирования. Для использования при цементировании нефтяных скважин в открытом море и на берегу это означает, что суспензия микрокремнезема и кварцевой муки должна быть изготовлена на берегу и транспортирована на буровую вышку до того, как она должна быть примешана к жидкому цементному тесту. К сожалению, было обнаружено, что суспензия аморфного диоксида кремния и кварцевой муки проявляет сильную тенденцию к расслоению, приводя к столь короткому сроку годности при хранении, что суспензия не может быть транспортирована для примешивания к жидкому цементному тесту. Таким образом, существует необходимость в суспензии типа, описанного в патенте ЕР-В 467921, которая имеет уменьшенную тенденцию к расслоению и которая совместима с жидким цементным тестом.

Раскрытие изобретения

Данное изобретение относится к суспензии аморфного диоксида кремния и кварцевой муки и способу получения указанной суспензии, которая проявляет сильно ослабленную тенденцию к расслоению, которая совместима с жидким цементным тестом и которая не содержит токсичных добавок.

Так, согласно первому аспекту данное изобретение относится к суспензии, содержащей воду, частицы аморфного диоксида кремния с размером частиц менее 1 мкм и кварцевую муку с размером частиц от 2 до 200 мкм, суспензия которых характеризуется тем, что она содержит полисахарид.

Согласно предпочтительному выполнению полисахаридом является производное целлюлозы, выбранное из ксантана, карбоксиметилцеллюлозы, гидроксиметилцеллюлозы, гидроксиэтилцеллюлозы или смесей указанных соединений.

Согласно дополнительному предпочтительному выполнению суспензия содержит от 0,01 до 3 г полисахарида на литр суспензии и более предпочтительно от 0,05 до 1,5 г полисахарида на литр суспензии.

Количество полисахарида на литр суспензии регулируют в соответствии с длиной цепи полисахарида. Если используют полисахариды с короткой цепью, количество полисахарида в суспензии находится у верхнего конца интервала, а если используют полисахарид с длинной цепью, количество его находится в нижней части интервала.

Чтобы дополнительно увеличить стабилизирующее действие полисахарида, суспензия может (необязательно) содержать один или более компонентов, выбранных из декстрина, гуаровой смолы и смолы бобов белой акации.

Суспензия согласно изобретению может содержать различные количества аморфного диоксида кремния и кварцевой муки, но обычно количество аморфного диоксида кремния составляет от 15 до 50 мас.% в расчете на массу суспензии, а количество кварцевой муки обычно составляет от 5 до 60 мас.% в расчете на массу суспензии.

Общее количество сухого вещества в суспензии предпочтительно составляет от 40 до 80 мас.% в расчете на массу суспензии.

Неожиданно было обнаружено, что суспензия согласно изобретению весьма стабильна и проявляет слабую или не проявляет вообще тенденции к расслоению даже через время от двух до трех месяцев хранения. Таким образом, суспензия может храниться и транспортироваться к местам, где ее примешивают к жидкому цементному тесту. Дополнительно было обнаружено, что суспензия согласно изобретению совместима с жидким цементным тестом, придавая приемлемые реологические свойства жидкому цементному тесту.

Согласно второму выполнению данное изобретение относится к способу получения суспензии, содержащей воду, аморфный диоксид кремния с размером частиц менее 1 мкм и кварцевую муку с размером частиц от 2 до 200 мкм; способ характеризуется тем, что полисахарид прибавляют к суспензии воды и аморфного диоксида кремния, после чего к суспензии аморфного диоксида кремния примешивают кварцевую муку.

Согласно предпочтительному выполнению полисахарид предварительно кондиционируют в среде, содержащей воду, по меньшей мере за 15 мин перед прибавлением к суспензии воды и аморфного диок

- 1 008739 сида кремния.

Полисахарид предпочтительно предварительно кондиционируют в суспензии воды и аморфного диоксида кремния.

Согласно предпочтительному выполнению полисахаридом, добавленным к суспензии аморфного оксида кремния и воды, является производное целлюлозы, такое как ксантан, карбоксиметилцеллюлоза, гидроксиметилцеллюлоза, гидроксиэтилцеллюлоза или смеси указанных соединений.

Предпочтительно кварцевую муку примешивают к суспензии воды и аморфного диоксида кремния, используя смеситель с высокой энергией сдвиговых усилий.

Полисахарид предпочтительно прибавляют к суспензии аморфного диоксида кремния и воды в количестве, необходимом для обеспечения содержания полисахарида в конечной суспензии от 0,01 до 3 г/л и более предпочтительно в количестве от 0,05 до 1,5 г/л.

Неожиданно было обнаружено, что добавление полисахаридов к суспензии аморфного диоксида кремния и кварцевой муки приводит к стабильной суспензии с сильно ослабленной тенденцией к расслоению, обеспечивая сильно увеличенный срок годности при хранении суспензии. Было показано, что предварительное кондиционирование полисахарида дополнительно улучшает стабильность суспензии. Дополнительно было обнаружено, что добавление полисахаридов придает приемлемые реологические свойства жидкому цементному тесту для нефтяных скважин, содержащему суспензии согласно изобретению. Наконец, полисахариды обычно являются нетоксичными соединениями, которые одобрены для использования в сочетании с цементами для нефтяных скважин.

Подробное описание изобретения

Пример 1.

0,44 г ксантана на литр конечной суспензии прибавляли к суспензии аморфного диоксида кремния и воды, содержащей 50 мас.% аморфного диоксида кремния. Ксантан был предварительно кондиционирован в небольшом количестве суспензии воды и аморфного диоксида кремния за 24 ч до прибавления. После этого к суспензии прибавляли 850 г/л конечной суспензии кварцевой муки со средним размером частиц 25 мкм с использованием мешалки с большим сдвиговым усилием. Конечную суспензию хранили в 100 мл стеклянном цилиндре 34 дня. Образцы в стеклянном цилиндре через 34 дня содержали верхний слой воды 2 мм, но не было обнаружено сопротивления при опускании стержня на дно цилиндра. Образцы были очень жидкими, и если цилиндры разгружали, то не обнаруживали осадка на дне цилиндров.

Для сравнения была приготовлена идентичная суспензия, но без добавки ксантана. Через 7 дней было обнаружено, что происходило чрезмерное расслоение. Цилиндр имел верхний слой воды 25 мм и на дне цилиндра был обнаружен плотный слой, который не мог быть редиспергирован. Плотный слой состоял из кварцевой муки.

Пример 2.

Суспензию согласно изобретению готовили тем же путем, как описано в примере 1, за исключением того, что вместо ксантана прибавляли 0,22 г гидроксиэтилцеллюлозы. Суспензией наполняли стеклянный цилиндр. Через 1 неделю хранения суспензия имела верхний слой воды 10 мм, а на дне не было обнаружено плотного слоя.

Пример 3.

Суспензию согласно изобретению готовили тем же путем, как описано в примере 1, за исключением того, что вместо ксантана прибавляли 0,22 г карбоксиметилцеллюлозы. Суспензией наполняли стеклянный цилиндр. Через 1 неделю хранения суспензия имела верхний слой воды 8 мм, а на дне не было обнаружено плотного слоя.

Приведенные примеры показывают, что суспензия согласно изобретению имеет сильно уменьшенное расслоение по сравнению с суспензией прежнего типа.

Пример 4.

Суспензию аморфного диоксида кремния и кварцевой муки согласно данному изобретению, приготовленную согласно примеру 1, прибавляли к жидкому цементному тесту для нефтяных скважин в количестве, достаточном для обеспечения общего содержания 8ίΘ₂ в жидком цементном тесте 35 мас.% в расчете на массу цемента. Суспензия имела плотность 1,9 г/см³. Указанную суспензию обозначали суспензия А.

Для сравнения готовили идентичное жидкое цементное тесто В, за исключением того, что жидкое цементное тесто В было изготовлено добавлением суспензии аморфного диоксида кремния и кварцевой муки, которая не содержала полисахаридной добавки.

Реологические свойства двух (образцов) жидкого цементного теста измеряли согласно спецификации ΑΡΙ 10, и результаты приведены в таблице.

- 2 008739

Таблица

Жидкое цементное тесто	А	В
Реологические свойства (20°С)
Пластическая вязкость, сп	64,5	48
Предел текучести, фунт/100 куб.футов	8,5	3
Реологические свойства (88°С)
Пластическая вязкость, сп	45	37,5
Предел текучести, фунт/100 куб.футов	6	1,5

Как можно видеть из таблицы, реологические свойства жидкого цементного теста, содержащего суспензию аморфного диоксида кремния и кварцевой муки согласно изобретению, не сильно отклоняются от тех же свойств суспензии В прежнего типа и хороши в интервалах, подходящих для жидкого цементного теста для нефтяных скважин.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Суспензия, содержащая воду, частицы аморфного диоксида кремния с размером частиц менее 1 мкм и кварцевую муку с размером частиц от 2 до 200 мкм, отличающаяся тем, что она содержит полисахарид в качестве стабилизатора в количестве от 0,01 до 3 г полисахарида на литр суспензии.
2. Суспензия по п.1, отличающаяся тем, что полисахаридом является производное целлюлозы, выбранное из ксантана, карбоксиметилцеллюлозы, гидроксиметилцеллюлозы, гидроксиэтилцеллюлозы и смесей указанных соединений.
3. Суспензия по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она содержит от 0,05 до 1,5 г полисахарида на литр суспензии.
4. Суспензия по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что суспензия дополнительно содержит один или более компонентов, выбранных из декстрина, гуаровой смолы и смолы бобов белой акации.
5. Способ получения суспензии, содержащей воду, аморфный диоксид кремния с размером частиц менее 1 мкм и кварцевую муку с размером частиц от 2 до 200 мкм, отличающийся тем, что полисахарид прибавляют к суспензии воды и аморфного диоксида кремния, после чего кварцевую муку подмешивают к суспензии аморфного диоксида кремния.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что полисахарид предварительно кондиционируют в среде, содержащей воду.
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что полисахарид предварительно кондиционируют в суспензии воды и аморфного диоксида кремния.
8. Способ по п.5, отличающийся тем, что кварцевую муку примешивают к суспензии воды и аморфного диоксида кремния, используя смеситель с высоким сдвиговым усилием.
9. Способ по п.5, отличающийся тем, что полисахарид добавляют к суспензии аморфного диоксида кремния и воды в количестве, необходимом для обеспечения содержания полисахарида в конечной суспензии от 0,01 до 3 г/л.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что полисахарид добавляют к суспензии аморфного диоксида кремния и воды в количестве, необходимом для обеспечения содержания полисахарида в конечной суспензии от 0,1 до 1,5 г/л.
11. Способ по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что добавленный полисахарид является производным целлюлозы, выбранным из ксантана, карбоксиметилцеллюлозы, гидроксиметилцеллюлозы, гидроксиэтилцеллюлозы и смесей указанных соединений.