MX2012009398A - Uso de suspensiones csh en la cementacion de pozos. - Google Patents
Uso de suspensiones csh en la cementacion de pozos.Info
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Abstract
Se propone el uso de una composición aceleradora de endurecimiento para aglutinantes inorgánicos, que comprende por lo menos un polímero en forma de peine soluble en agua adecuado como plastificante para aglutinantes hidráulicos y partículas de hidrato de silicato de calcio en el desarrollo, explotación y terminación de depósitos subterráneos de petróleo y gas natural y también para pozos profundos. El uso de acuerdo con la invención no solamente acelera el endurecimiento y curado de las suspensiones de cemento sino también acorta el tiempo en el cual la resistencia de gel estático de las suspensiones de cemento curadas se incrementa de 4.88 kg/m2 (100 1b/100 pie2) a 24.4 kg/m2 (500 1b/100 pie2).
Description
USO DE SUSPENSIONES CSH EN LA CEMENTACIÓN DE POZOS
La presente invención se relaciona al uso de suspensiones CSH en el desarrollo, explotación y terminación de depósitos subterráneos de petróleo y gas natural y en pozos profundos.
Los depósitos subterráneos de petróleo, gas natural y agua están frecuentemente bajo alta presión. La perforación en tales formaciones requiere que la presión del fluido de pozo circulante sea suficientemente alta para contrarrestar de manera efectiva la presión de las formaciones subterráneas y de esta manera prevenir el surgimiento no controlado de los fluidos de formación en el pozo.
Como una regla, los pozos son revestidos sección por sección con tubos de acero. El espacio anular entre los entubados del pozo y las formaciones subterráneas luego se rellena con cemento. Esto se puede efectuar al hacer pasar una suspensión de cemento directamente en el espacio anular o a través del entubado del pozo dentro del pozo con el fin de luego fluir hacia atrás en este espacio anular como un resultado de la presión aplicada. El cemento endurecido en primer lugar previene a los fluidos de formación de que surjan de una manera no controlada en el pozo y en segundo lugar previene a los fluidos de formación de la penetración no obstaculizada en otras formaciones.
Las condiciones de temperatura de los depósitos varían considerablemente. Las temperaturas en las áreas cercanas a la superficie de las regiones permanentemente congeladas, tales como, por ejemplo, Alaska, Canadá y Siberia, y en pozos de mar adentro en altas latitudes pueden estar abajo del punto de congelación y pueden ser de hasta 400° C en el caso de pozos geotérmicos. Por esta razón, el comportamiento de endurecimiento de las suspensiones de cemento utilizadas siempre debe ser adaptado a las condiciones prevalentes. Mientras que los retardantes son generalmente requeridos a temperaturas elevadas, los aceleradores de endurecimiento frecuentemente tienen que ser utilizados en bajas temperaturas. Por otra parte, el uso de superplastificantes y/o aditivos de pérdida de fluido conocidos per se en la técnica previa en las suspensiones de cemento utilizadas puede conducir a una prolongación de los tiempos de endurecimiento, que del mismo modo necesita el uso de aceleradores.
De acuerdo con Erik B. Nelson, Well Cementing, Schlumberger Educational Services, Sugar Land, Texas, 1990, capítulo 3-3, el cloruro de calcio es sin duda el acelerador de endurecimiento más frecuentemente utilizado, más efectivo y más económico para cementos Portland. El CaCl2 es como una regla utilizado en concentraciones de 2-4% bwoc (% en peso, basado en la fracción de cemento) . Desafortunadamente, los resultados son imprevisibles en concentraciones arriba de 6% bwoc, y pueden ocurrir reacciones de endurecimiento prematuro. Además, hay un riesgo de corrosión de la cadena de entubado por los iones cloruro.
El objetivo de la presente invención por lo tanto fue sustancialmente evitar las desventajas asociadas con la técnica previa. En particular, hubo una necesidad para aceleradores alternativos que no tengan las desventajas anteriores .
Este objetivo se logró por las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes se relacionan a modalidades preferidas.
El documento WO 2010/026155 Al describe composiciones aceleradoras de curado que, además de un polímero en forma de peine soluble en agua adecuado como un superplastificante para aglutinantes hidráulicos, también comprende partículas de hidrato de silicato de calcio de tamaño adecuado (ver por ejemplo las reivindicaciones 40 a 52 de la especificación de WO) .
Ahora se ha encontrado de manera sorprendente que tales composiciones también se pueden utilizar como composiciones aceleradoras de endurecimiento para aglutinantes inorgánicos en el desarrollo, explotación y terminación de depósitos subterráneos de petróleo y gas natural y en pozos profundos.
La presente invención por consiguiente se relaciona al uso de una composición aceleradora de endurecimiento para aglutinantes inorgánicos que comprende por lo menos un polímero en forma de peine soluble en agua adecuado como un superplastificante para aglutinantes hidráulicos y partículas de hidrato de silicato de calcio en el desarrollo, explotación y terminación de depósitos subterráneos de petróleo y gas natural y en pozos profundos.
La composición aceleradora de endurecimiento se utiliza aquí ya sea como una suspensión, de preferencia como una suspensión acuosa, o en forma de polvo.
El polímero en forma de peine es de preferencia un copolímero que tiene cadenas laterales que comprenden funciones de poliéter así como funciones de ácido, que están presentes sobre una cadena principal. Este es obtenible, por ejemplo, mediante la copolimerización de radicales libres de monómeros de ácido y macromonómeros de poliéter, el polímero como un total que comprende por lo menos 45% en mol, de preferencia por lo menos 80% en mol, de unidades estructurales derivadas de los monómeros de ácido y/o los macromonómeros de poliéter.
El polímero en forma de peine de preferencia comprende unidades estructurales derivadas de ácido (met ) acrílico, ácido maleico, éteres vinílicos de polialquilenglicol, éteres alílicos de polialquilenglicol y/o (met ) acrilatos de polialquilenglicol. Para una discusión detallada de unidades estructurales adecuadas, la referencia se hace a las reivindicaciones 47 a 49 del documento WO 2010/026155 Al. Los polímeros en forma de peine adecuados convenientemente tienen pesos moleculares promedio (Mw) de 5000 a 200,000 g/mol, de preferencia de 10,000 a 80,000 g/mol y en particular de 20,000 a 70,000 g/mol, medido por medio de la cromatografía de permeacion de gel.
Además del polímero en forma de peine, también pueden estar presentes policondensados, en particular del tipo divulgado en las reivindicaciones 28 a 33 y 55 del documento WO 2010/026155 Al.
En el hidrato de silicato de calcio utilizado, la relación molar de calcio a silicio es de preferencia de 0.6 a 2.0, en particular de 1.1 a 1.8. La relación molar de calcio a agua en el hidrato de silicato de calcio es de preferencia de 0.6 a 6, particularmente de preferencia de 0.6 a 2.0 y en particular de 0.8 a 2.0.
Las partículas de hidrato de silicato de calcio utilizadas son convenientemente obtenibles al hacer reaccionar un compuesto de calcio soluble en agua con un compuesto de silicato soluble en agua, la reacción que toma lugar de preferencia en la presencia de una solución acuosa del polímero en forma de peine soluble en agua adecuado como un superplastificante para aglutinantes hidráulicos. Para considerar detalles adicionales de un proceso de preparación adecuado, la referencia se hace a las reivindicaciones 1 a 38 del documento WO 2010/026155 Al.
Las partículas de hidrato de silicato de calcio adecuadas son convenientemente más pequeñas que 5 ym, de preferencia más pequeñas que ?µp?, más de preferencia más pequeñas que 500 nm, particularmente de preferencia más pequeñas que 200 nm y en particular más pequeñas que 100 nm.
De preferencia, los cementos Portland, cementos de aluminato de calcio, yeso, anhidrita, escoria de alto horno, arenas de escoria, cenizas volantes, polvo fino de sílice, metacaolín, puzolanas naturales y sintéticas y/o esquisto bituminoso calcinado, de preferencia cementos Portland, son adecuados como aglutinantes inorgánicos cuyo endurecimiento se acelera de acuerdo con la invención.
Estos aglutinantes se utilizan convenientemente en la forma de una suspensión de cemento, el valor de agua/cemento que está de preferencia en el intervalo de 0.2 a 1.0, en particular en el intervalo de 0.3 a 0.6.
Un campo de uso que se considera en particular de acuerdo con la invención es la cementación de pozos de petróleo y gas natural, en particular en regiones permanentemente congeladas y en el sector de mar adentro.
Aquí, el uso de acuerdo con la invención acelera el endurecimiento de la suspensión de cemento. Al mismo tiempo, la velocidad de endurecimiento de la suspensión de cemento se incrementa ventajosamente. Por otra parte el tiempo en el cual la resistencia de gel estático de la suspensión de cemento endurecida se incrementa de 4.88 kg/m2 (100 lb/100 pie2) a 24.4 kg/m2 (500 lb/100 pie2) se acorta ventajosamente. Esto es ventajoso particularmente en la cementación de pozos puesto que la suspensión de cemento endurecida tiende a cuartearse en el intervalo medio de la resistencia de gel debido a las burbujas de gas ascendentes. Este intervalo se pasa a través rápidamente de acuerdo con la invención.
La composición aceleradora de endurecimiento se utiliza de acuerdo con la invención de manera ventajosa junto con otros aditivos usuales en la cementación de pozos, en particular superplastificantes, agentes de retención de agua y/o aditivos de modificación de reologia.
La presente invención ahora será explicada en más detalle en la base del siguiente ejemplo de trabajo con referencia a la fig. 1. Aquí:
La Fig. 1 Muestra el incremento en las resistencias compresivas de diferentes suspensiones de cemento como una función del tiempo.
Ejemplo de uso 1
La preparación de las suspensiones de cemento se efectuó de acuerdo con la especificación 10, sección 5 y apéndice A de API. Para este propósito:
700 g de cemento (Lafarge, clase H)
266 g de agua potable
3.5 g de Liquiment® 3F (superplastificante, producto de BASF Construction Polymers GmbH)
3.5 g de Polytrol® FL 34 (aditivo de pérdida de fluido, producto de BASF Construction Polymers GmbH)
1.0 g de fosfato de tributilo (antiespumante)
se mezclaron homegéneamente . Ya sea sin aditivos (valor testigo), 0.80% bwoc de CaCl2 o diferentes cantidades de X-Seed® 100 (producto de BASF Construction Polymers GmbH; suspensión de hidrato de silicato de calcio acuosa, tamaño de partícula < 100 nm, contenido de sólidos de aproximadamente 21% en peso, proporción activa de hidrato de silicato de calcio de aproximadamente 7% en peso, polímeros en forma de peine utilizados: MVA2500 y EPPR312, del mismo modo productos comerciales de BASF) se adicionaron a las muestras. El X-Seed® 100 se adicionó en una cantidad de 0.07% bwoc, 0.15% bwoc, 0.30% bwoc y 1.50% bwoc, basado en cada caso en la proporción activa de hidrato de silicato de calcio.
Las muestras se midieron en un analizador de resistencia de gel estático (Chandler Engineering) a una temperatura de 23°C y una presión de aproximadamente 69 bar (1000 psi) . En tiempo en el cual la resistencia de gel estático de las muestras se incrementó de 4.88 kg/m2 (100 lb/100 pie2) a 24.4 kg/m2 (500 lb/100 pie2) se establece en la tabla 1.
Tabla 1.
Además, se midió la variación de la resistencia compresiva con el tiempo. Los resultados se muestran en forma gráfica en la fig. 1.
Es evidente que la suspensión de hidrato de silicato de calcio acelera el incremento en la resistencia compresiva a un grado más grande en una dosis menor que el CaCl2/ en el mismo momento el tiempo en el cual la resistencia de gel estático de las muestras pasa a través del intervalo critico que es sustancialmente acortado.
Claims (17)
1. El uso de una composición aceleradora de endurecimiento para aglutinantes inorgánicos, que comprende por lo menos un polímero en forma de peine soluble en agua adecuado como un superplastificante para aglutinantes hidráulicos y partículas de hidrato de silicato de calcio, en el desarrollo, explotación y terminación de depósitos subterráneos de petróleo y gas natural y en pozos profundos.
2. El uso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición aceleradora de endurecimiento se utiliza como una suspensión, de preferencia como una suspensión acuosa.
3. El uso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición aceleradora de endurecimiento se utiliza en forma de polvo.
4. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el polímero en forma de peine está presente como un copolímero que tiene cadenas laterales que comprenden funciones de poliéter así como funciones de ácido, que están presentes sobre la cadena principal .
5. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el polímero en forma de peine está presente como un copolímero que es obtenible mediante la copolimerización de radicales libres de monómeros de ácido y macromonóraeros de poliéter, el polímero como un total que comprende por lo menos 45% en mol, de preferencia por lo menos 80% en mol, de unidades estructurales derivadas de los monómeros de ácido y/o los macromonómeros de poliéter.
6. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el polímero en forma de peine comprende unidades estructurales derivadas de ácido (met ) acrílico, ácido maleico, éteres vinílicos de polialquilenglicol, éteres alílicos de polialquilenglicol y/o (met ) acrilatos de polialquilenglicol.
7. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el polímero en forma de peine tiene un peso molecular promedio (Mw) de 5000 a 200,000 g/mol, de preferencia de 10,000 a 80,000 g/mol y en particular de 20,000 a 70,000 g/mol, medido por medio de la cromatografía de permeacion de gel.
8. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la relación molar de calcio a silicio en el hidrato de silicato de calcio es de 0.6 a 2.0, de preferencia de 1.1 a 1.8.
9. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la relación molar de calcio a agua en el hidrato de silicato de calcio es de 0.6 a 6, de preferencia de 0.6 a 2.0 y en particular de 0.8 a 2.0.
10. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las partículas de hidrato de silicato de calcio son obtenibles al hacer reaccionar un compuesto de calcio soluble en agua con un compuesto de silicato soluble en agua, la reacción que se efectúa en la presencia de una solución acuosa del polímero en forma de peine soluble en agua adecuado como un superplastificante para aglutinantes hidráulicos.
11. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque las partículas de hidrato de silicato de calcio son más pequeñas que 5 µta , de preferencia más pequeñas que 1 µp?, más de preferencia más pequeñas que 500 nm, particularmente de preferencia más pequeñas que 200 nm y en particular más pequeñas que 100 nm.
12. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los cementos Portland, cementos de aluminato de calcio, yeso, anhidrita, escoria de alto horno, arenas de escoria, cenizas volantes, polvo fino de sílice, metacaolín, puzolanas naturales y sintéticas y/o esquisto bituminoso calcinado, de preferencia cementos Portland, se utilizan como aglutinantes inorgánicos.
13. El uso de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque los aglutinantes se utilizan en la forma de una suspensión de cemento, el valor de agua/cemento que está de preferencia en el intervalo de 0.2 a 1.0, en particular en el intervalo de 0.3 a 0.6.
14. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 en la cementación de pozos de petróleo y gas natural, en particular en regiones permanentemente congeladas y en el sector de mar adentro.
15. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14 para acelerar el endurecimiento de la suspensión de cemento.
16. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15 para acortar el tiempo en el cual la resistencia de gel estático de la suspensión de cemento endurecida se incrementa de 4.88 kg/m2 (100 lb/100 pie2) a 24.4 kg/m2 (500 lb/100 pie2).
17. El uso de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16 junto con otros aditivos usuales en la cementación de pozos, en particular superplastificantes, agentes de retención de agua y/o aditivos de modificación de reologia .
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