MX2014011609A - Composiciones de cemento que comprenden copolimeros injertados con base de lignito y metodos de uso. - Google Patents
Composiciones de cemento que comprenden copolimeros injertados con base de lignito y metodos de uso.Info
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Abstract
Se describen una variedad de métodos y composiciones, incluyendo, en una modalidad, un método de cementación en una formación subterránea que comprende: introducir una composición de cemento que comprende cemento, agua, y un copolímero con base de lignito en una formación subterránea, en donde el copolímero de base de lignito comprende una columna de lignito, un primer monómero injertado seleccionado del grupo que consiste de ácido acrilamido-2-metilpropansulfónico, una sal de ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico, y un segundo monómero injertado que comprende N,N-dimetilacrilamida; y permitir que la composición de cemento fragüe en la formación subterránea, en donde la composición de cemento tiene un tiempo de transición de menos o igual a alrededor de 150 minutos.
Description
COMPOSICIONES DE CEMENTO QUE COMPRENDEN COPOLIMEROS
INJERTADOS CON BASE DE LIGNITO Y MÉTODOS DE USO
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Las composiciones de cemento pueden usarse en una variedad de operaciones subterráneas. Por ejemplo construcción de pozo subterráneo, una sarta de perforación (por ejemplo, revestimiento, forros, tubulares expandibles, etc.) pueden correrse en un pozo de perforación y cementarse en el lugar. proceso de cementación de la sarta perforación en su lugar es comúnmente referido como "cementación primaria". En un método típico de cementación primaria, una composición de cemento puede bombearse en un anillo entre las paredes del pozo de perforación y la superficie exterior de la sarta de perforación depositada allí. La composición de cemento puede fraguar en el espacio anular, de este modo formando una funda anular de cemento impermeable, sustancialmente endurecido (esto es, una funda de cemento) que puede respaldar y posicionar la sarta de perforación en el pozo de perforación y puede enlazar a la superficie exterior de la sarta de perforación a la formación subterránea. Entre otras cosas, la funda de cemento que rodea la sarta de perforación funciona para prevenir la migración de fluidos en el anillo, así como también proteger
la sarta de perforación de la corrosión. Las composiciones de cemento también pueden usarse en métodos de cementación de remedio, por ejemplo, para sellar las grietas o agujeros en sartas de perforación o fundas de cemento, para sellar fracturas o zonas de formación altamente permeables, para colocar un tapón de cemento, y similares.
Un problema que puede encontrarse durante la composición de cemento en un pozo de perforación es una migración de gas no deseado de la formación subterránea y en por toda la composición de cemento. La migración de gas puede ser causada por el comportamiento de la composición de cemento durante una fase de transición en la que la mezcla espesa de cemento cambia de un fluido hidráulico real a una masa altamente viscosa mostrando algunas características sólidas. Cuando primero se coloca en el anillo, la composición de cemento actúa como un líquido real y de este modo transmite la presión hidrostática . Sin embargo, durante la fase de transición, ciertos eventos ocurren que causan que la composición de cemento pierda su capacidad para transmitir presión hidrostática . Uno de aquellos casos es la pérdida de fluido de la mezcla espesa para la formación subterránea. Otro caso es el desarrollo de resistencia de gel estática en la mezcla espesa. Como resultado, la presión ejercida en la formación por la composición de cemento puede caer debajo de
la presión del gas en la formación de manera que el gas puede comenzar a migrar en y por toda la composición de cemento. Cuando comienza una migración de gas, la composición de cemento típicamente tiene una resistencia de gel de alrededor de 4.89 kg/m2 (100 lbf/100 ft2) . La migración de gas puede causar que se formen canales de flujo en la composición de cemento. Con tiempo, la resistencia de gel de la composición de cemento incrementa aun valor suficiente para resistir a la presión ejercida por el gas en la formación contra la composición. En este punto, la composición de cemento típicamente tiene una resistencia de gel de alrededor de 24.45 kg/m2 (500 lbf/100 ft2) . La mezcla espesa de cemento entonces fragua en una masa sólida.
Desafortunadamente, los canales de flujo formados en el cemento durante tal migración de gas se mantienen en la composición de cemento una vez que ha fraguado. Aquellos canales de flujo pueden permitir migración adicional de gas a través de la composición de cemento fraguado. De este modo, la composición de cemento fraguado residiendo en el anillo puede ser no efectiva en el mantenimiento del aislamiento de la formación subterránea adyacente. Para combatir este problema, se han hecho intentos para diseñar una composición de cemento que tiene un tiempo de transición más corto, esto es, el periodo de tiempo durante el cual ocurre la migración
de gas en la mezcla espesa, que es típicamente el tiempo en el intervalo desde cuando la resistencia de gel de la mezcla espesa es alrededor de 4.89 kg/m2 (100 lbf/100 ft2) a cuando es alrededor de 24.45 kg/m2 (500 lbf/100 ft2) , como se mide usando un Sistema de Cemento de Análisis Múltiple ( ACS® II, disponible en Fann Instrument Company) de acuerdo con el procedimiento para determinar los tiempos de transición de cemento establecidos en API RP 10B-6, Recommended Practice on Determining the Static Gel Strength of Cement For ulatíons, con fecha del 1 de agosto, 2010. Los aditivos de control de migración de gas han sido desarrollados para proporcionar tiempos de transición más cortos. Un aditivo particular para controlar la migración de gas es un copolímero de sodio 2-acrilamido-2-metilpropansulfonato y N, N-dimetilacrilamida . Aunque este aditivo puede usarse para controlar la migración de gas, la actividad de porcentaje más alto que puede usarse efectivamente como una solución acuosa es 9% en peso arriba lo que vuelve a la solución muy viscosa para que las bombas de aditivo líquido las manejen. Otros aditivos que pueden usarse pueden ser ya sea muy costosos o pueden proporcionar tiempos de transición que pueden ser más largos de los deseados .
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Una modalidad de la presente invención comprende un método de cementación en una formación subterránea, que comprende: introducir una composición de cemento que comprende cemento, agua, y un copolímero con base de lignito en una formación subterránea, en donde el copolímero de base de lignito comprende una columna de lignito, un primer monómero injertado seleccionado del grupo que consiste de ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico, una sal de ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico, y cualquier combinación de los mismos, y un segundo monómero injertado que comprende N, N-dimetilacrilamida; y permitiendo que la composición de cemento fragüe en la formación subterránea, en donde la composición de cemento tiene un tiempo de transición de menos o igual a alrededor de 150 minutos.
Otra modalidad de la presente invención comprende un método de cementación en una formación subterránea, que comprende: introducir una composición de cemento que comprende cemento, agua, y un copolímero con base de lignito en un pozo de perforación que tiene una temperatura de circulación del fondo del pozo menor o igual a alrededor de 37.8°C (100°F), en donde el copolímero de base de lignito comprende: una columna en una cantidad de alrededor de 20% a alrededor de 40% en peso del copolímero con base de lignito,
la columna que comprenden lignito caustificado; y grupos colgantes injertados en una cantidad de alrededor de 60% a alrededor de 80% en peso del copolimero con base de lignito, los grupos colgantes injertados comprenden sodio 2-acrilamido-2-metilpropansulfonato y N, N-dimetilacrilamida en una relación molar de sodio 2-acrilamido-2-metilpropansulfonato y N, N-dimetilacrilamida de alrededor de 10/90 a alrededor de 60/40; y permitiendo que la composición de cemento fragüe en la formación subterránea, en donde la composición de cemento tiene un tiempo de transición menor o igual a alrededor de 30 minutos.
Aún otra modalidad de la presente invención comprende una composición de cemento que comprende: cemento; agua; y un copolimero con base de lignito que comprende una columna de lignito, un primer monómero injertado seleccionado del grupo que consiste de ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico, una sal de ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico, y cualquier combinación de los mismos, y un segundo monómero injertado que comprende N, -dimetilacrilamida, en donde la composición de cemento tiene un tiempo de transición a 15.6 °C (60°F) y 442.89 kg/cm (6,300 psi) menor o igual a alrededor de 150 minutos.
Las características y ventajas de la presente invención serán fácilmente aparentes para aquellas personas expertas en
la técnica. Mientras que numerosos cambios pueden hacerse por aquellas personas expertas en la técnica, tales cambios están dentro del espíritu de la invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Estas figuras ilustran ciertos aspectos de algunas de las modalidades de la presente invención, y no deben usarse para limitar o definir la invención.
La FIG. 1 es un gráfico de la resistencia de gel estática para una composición de cemento comparativa.
La FIG. 2 es un gráfico de la resistencia de gel estática para una composición de cemento de acuerdo con las modalidades de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relación a operaciones de cementación subterráneas y, más particularmente, en ciertas modalidades, a composiciones de cemento que comprenden un copolímero con base de lignito y métodos de uso. Venta osamente, el copolímero con base de lignito puede funcionar para acortar el tiempo de transición de una composición de cemento, que se define en la presente como el periodo de tiempo después de que la composición se coloca en un pozo de perforación durante el cual la presión ejercida en
la formación subterránea por la composición de cemento es menor que la presión del gas en la formación de manera que la migración de gas en la composición . puede ocurrir. El tiempo de transición es típicamente el tiempo en el intervalo desde cuando la resistencia de gel de la composición es alrededor de 4.89 kg/m2 (100 lbf/100 ft2) a cuando es alrededor de 24.45 kg/m2 (500 lbf/100 ft2) . Por ejemplo, una composición de cemento que comprende el copolímero con base de lignito puede tener un tiempo de transición menor que alrededor de 150 minutos y, alternativamente, menor que alrededor de 60 minutos. Aún más, el copolímero con base de lignito puede también funcionar para reducir la pérdida de fluido de una composición de cemento. Además, el copolímero con base de lignito puede proporcionar tiempos de espera del cemento mejorados— el tiempo para que la composición de cemento logre una resistencia a la compresión de 35.15 kg/cm2 (500 psi) en comparación a la inclusión de otros aditivos para reducir el tiempo de transición que puede tener un efecto secundario de retardar el desarrollo a la resistencia de compresión.
Las modalidades de las composiciones de cemento pueden comprender un copolímero con base de lignito que comprende una columna de lignito y grupos colgantes injertados que comprenden ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico y N,N-dimetilacrilamida ("DMA") . Las sales de ácido 2-acrilamido-
2-metilpropansulfónico, tal como sodio 2-acrilamido-2-metilpropansulfonato, también pueden usarse. El término "AMPS" como se usa en la presente incluye ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico, asi como también sal del mismo. El término "lignito" como se usa en la presente incluye una variedad de carbones de bajo rango, incluyendo lignito oxidado (por ejemplo, leonardita), lignina de mina, lignito o residuo. Aquellas personas expertas en la técnica apreciarán que el lignito puede tratarse con un cáustico (por ejemplo, hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, o hidróxido de amonio) para solubilizar el lignito en aguar. A modo de ejemplo, el tratamiento de lignito con una solución cáustica generalmente puede disolver o dispersar una porción del lignito en solución. Tal solución puede entonces concentrarse para incrementar la solución de lignito o puede usarse directamente en la polimerización.
El copolimero con base de lignito puede contener una cantidad suficiente de la columna de lignito para proporcionar una disminución deseable en el tiempo de transición. En algunas modalidades, el copolimero con base de lignito pude comprender la columna de lignito en una cantidad en un intervalo de alrededor de 5% a alrededor de 95% en peso del copolimero. En modalidades alternativas, la columna de lignito puede estar presente en un intervalo de
alrededor de 10% a alrededor de 50% en peso y alternativamente de alrededor de 20% a alrededor de 40% en peso. En modalidades particulares, la columna de lignito puede estar presente en una cantidad en el intervalo de entre cualquiera de y/o incluyendo cualquiera de alrededor de 5%, alrededor de 10%, alrededor de 20%, alrededor de 30%, alrededor de 40%, alrededor de 50%, alrededor de 60%, alrededor de 70%, alrededor de 80%, alrededor de 90%, o alrededor de 95% en peso. Una persona experta en la técnica, con el beneficio de esta descripción, reconocerá la cantidad apropiada de la columna de lignito para incluir para una aplicación seleccionada.
Como se mencionó previamente, la columna de lignito puede injertarse con grupos colgantes que incluyen AMPS y DMA. En algunas modalidades, el AMPS y el DMA pueden estar presentes en los grupos colgantes en una naturaleza aleatoria. A modo de ejemplo, cada uno de los grupos colgantes puede comprender uno o más de AMPS y DMA en una naturaleza aleatoria. Generalmente, el copolimero con base de lignito puede contener una cantidad suficiente de los grupos colgantes para proporcionar una disminución deseable en el tiempo de transición. En algunas modalidades, el copolimero con base de lignito puede comprender los grupos colgantes en una cantidad en un intervalo de alrededor de 5%
a alrededor de 95% en peso del copolimero . En modalidades alternativas, los grupos colgantes pueden estar presentes en un intervalo de alrededor de 50% a alrededor de 90% en peso y alternativamente de alrededor de 60% a alrededor de 80% en peso. En modalidades particulares, los grupos colgantes pueden estar presentes en una cantidad en intervalo entre cualquiera de e/o incluyendo cualquiera de alrededor de 5%, alrededor de 10%, alrededor de 20%, alrededor de 30%, alrededor de 40%, alrededor de 50%, alrededor de 60%, alrededor de 70%, alrededor de 80%, alrededor de 90%, o alrededor de 95% en peso. Una persona experta en la técnica, con el beneficio de esta descripción, reconocerá la cantidad apropiada de los grupos colgantes para incluir para una aplicación seleccionada.
En algunas modalidades, los grupos colgantes comprenden
AMPS y DMA. El AMPS y DMA pueden estar presentes en una relación molar AMPS a DMA en un intervalo de desde alrededor de 0/100 a alrededor de 100/0. En modalidades alternativas, la relación molar AMPS-DMA molar puede ser de alrededor de 0/100 a alrededor de 50/50 y, alternativamente, de alrededor de 10/90 a alrededor de 60/40. En modalidades particulares, la relación molar AMPS-a-DMA puede ser cualquiera de e/o incluir cualquiera de alrededor de 0/100, alrededor de 10/90, alrededor de 20/80, alrededor de 25/75, alrededor de 33/67,
alrededor de 40/60, alrededor de 50/50, alrededor de 60/40, alrededor de 67/33, alrededor de 75/25, alrededor de 80/20, alrededor de 90/10, o alrededor de 100/0. Una persona experta en la técnica, con el beneficio de esta descripción, reconocerá la relación molar A PS-D A apropiada para usar para una aplicación seleccionada. En algunas modalidades, el grupo colgante puede además comprender uno o más co-monómeros. Donde está presente, los co-monómeros pueden incluirse en una cantidad igual a o menor que alrededor de 10% en peso de los grupos colgantes y alternativamente igual o menor que alrededor de 5% en peso. En modalidades alternativas, los grupos colgantes pueden estar esencialmente libres de cualquiera de los co-monómeros adicionales, en los que los grupos colgantes comprenden el AMPS y el DMA en una cantidad mayor que, o igual a, alrededor de 99.9% en peso. En algunas modalidades, los grupos colgantes pueden consistir del AMPS y el DMA.
En algunas modalidades, el copolimero con base de lignito puede proporcionarse en una solución acuosa. La solución acuosa puede comprender el copolimero con base de lignito en una cantidad igual o menor que alrededor de 30% en peso de la solución acuosa. En algunas modalidades, la solución acuosa puede comprender el polímero con base de lignito en una cantidad en un intervalo de alrededor de 5% a
alrededor de 30% en peso y, alternativamente, de alrededor de 10% a alrededor de 25% en peso. En una modalidad particular, la solución acuosa puede comprender el polímero con base de lignito en una cantidad de alrededor de 25% en peso. Una persona experta en la técnica, con el beneficio de esta descripción, reconocerá la cantidad apropiada del copolímero con base de lignito para incluir en la solución acuosa para una aplicación seleccionada.
Las modalidades de las composiciones de cemento de la presente invención pueden comprender un cemento. Cualquiera de una variedad de cementos idóneos para su uso en operaciones de cementación subterráneas puede usarse de acuerdo con las modalidades de la presente invención. Los ejemplos idóneos incluyen cementos hidráulicos que comprenden calcio, aluminio, silicio, oxígeno y/o azufre, que fraguan y endurecen por reacción con agua. Los cementos hidráulicos idóneos incluyen, pero no se limitan a, cementos Portland, cementos de puzolana, yeso, cemento cementos con alto contenido de alúmina, cementos de escoria, cementos de sílice, y combinaciones de los mismos. En ciertas modalidades, el cemento hidráulico puede comprender un cemento Portland, incluyendo cementos Portland clasificados como cementos A, C, G y H de acuerdo al Instituto Americano del Petróleo, API Specification for Materials and Testing for
Well Cements, API Specification 10, Quinta edición, Julio 1, 1990. Además, los cementos Portland idóneos para su uso en modalidades la presente invención puede también incluir aquellos clasificados como AST Tipo I, II, III, IV, o V.
Las modalidades de las composiciones de cemento pueden comprender agua. El agua puede ser agua dulce o agua salada. El agua salada puede generalmente incluir una o más sales disueltas allí y puede ser saturada o no saturada como se desee para una aplicación particular. El agua de mar o salmueras pueden ser idóneas para su uso en modalidades de la presente invención. Además, el agua puede estar presente en una cantidad suficiente para formar una mezcla espesa que se puede bombear. En algunas modalidades, el agua puede incluirse en las composiciones fraguables de la presente invención en una cantidad en el intervalo de alrededor de 30% a alrededor de 200% en peso del cemento. Por ejemplo, el gua puede estar presente en una cantidad en un intervalo entre cualquiera de e/o incluyendo cualquiera de alrededor de 30%, alrededor de 40%, alrededor de 50%, alrededor de 75%, alrededor de 100%, alrededor de 125%, alrededor de 150%, alrededor de 175%, o alrededor de 200% en peso del cemento. En modalidades especificas, el agua puede estar incluida en un intervalo de alrededor de 40% a alrededor de 150% en peso del cemento. Una persona experta en la técnica, con el
beneficio de esta descripción, reconocerá la cantidad apropiada de agua para incluir para una aplicación seleccionada .
Otros aditivos idóneos para su uso en operaciones de cementación subterránea también pueden agregarse a las modalidades de la composición de cementos. Los ejemplos de tales aditivos incluyen, pero no se limitan a, aditivos de retrogresión de resistencia, aceleradores de fraguado, agentes de carga, aditivos ligeros, aditivos de generación de gas, aditivos que mejoran las propiedades mecánicas, materiales de pérdida de circulación, aditivos de control de filtración, dispersantes, aditivos de control de pérdida de fluido, agentes antiespumantes , agentes espumantes, aditivos tixotrópicos , y combinaciones de los mismos. Los ejemplos específicos de estos, y otros, aditivos incluyen sílice cristalina, sílice amorfa, sílice de pirólisis, sales, fibras, arcillas hidratables, esquisto calcinado, pizarra vitrificada, microesferas , ceniza, escoria, tierra de diatomeas, metacaolín, ceniza de cáscara de arroz, puzolana natural, zeolita, polvo de horno de cemento, cal, elastómeros, resinas, látex, combinaciones de los mismos, y similares. Una persona que tiene experiencia en la técnica, con el beneficio de esta descripción, fácilmente será capaz de determinar el tipo y cantidad de aditivo útil para una
aplicación particular y resultado deseado.
Aquellas personas expertas en la técnica apreciarán que las composiciones de cemento generalmente deben de tener una densidad idónea para una aplicación particular. A modo de ejemplo, la composición de cemento puede tener una densidad en el intervalo de alrededor de 0.4796 kg/l (4 libras por galón ("lb/gal")) a alrededor de 2.398 kg/l (20 lb/gal). En ciertas modalidades, las composiciones de cemento pueden tener una densidad en el intervalo de alrededor de 0.9592 kg/l (8 lb/gal) a alrededor de 2.0383 kg/l (17 lb/gal). Las modalidades de las composiciones de cemento pueden ser de espuma o sin espuma o pueden comprender otros medios para reducir sus densidades, tal como microesferas huecas, camas de perlas elásticas de densidad baja, u otros aditivos de reducción de densidad conocidos en la técnica. Por ejemplo, las composiciones de cemento pueden espumar con un gas para reducir su densidad y además comprenden un agente espumante. Aquellas personas expertas en la técnica, con el beneficio de esta descripción, reconocerán la densidad apropiada para una aplicación particular.
Como se mencionó previamente, las composiciones de cemento pueden tener un tiempo de transición que ha sido acortado de acuerdo con las modalidades de la presente invención. En algunas modalidades, un método de reducción de
un tiempo de transición de una composición de cemento puede comprender incluir un copolimero con base de lignito en la composición de cemento. Debido a la presencia del copolimero con base de lignito, por ejemplo, los tiempos de transición de las composiciones de cemento puede ser menor o igual a alrededor de 150 minutos. En modalidades alternativas, las composiciones de cemento pueden tener tiempos de transición menores o iguales a alrededor de 60 minutos, alternativamente menores o iguales a alrededor de 60 minutos, alternativamente menores o iguales a alrededor de 50 minutos, alternativamente menores o iguales a alrededor de 40 minutos, alternativamente menores o iguales a alrededor de 30 minutos, alternativamente menores o iguales a alrededor de 20 minutos, o alternativamente menores o iguales a alrededor de 10 minutos. Como resultado, una composición de cemento puede bombearse a su ubicación deseada en un pozo de perforación, por ejemplo, el anillo, y dejarse fraguar sin preocuparse que la migración de gas pudiera comprometer su capacidad para sellar un área del pozo de perforación. Esto es, hay tiempo insuficiente para que el gas migre en y en toda la composición de cemento y forme canales de flujo allí. El copolimero con base de lignito de este modo puede funcionar como un aditivo de control de migración de gas en la composición de cementos.
Aunque el copolimero con base de lignitos puede ser
efectivo en el acortamiento de los tiempos de transición en una variedad de aplicaciones de cemento, pueden ser particularmente efectivos en pozos que tienen temperaturas estáticas de fondo inferiores ("BHST") . A modo de ejemplo, el copolimero con base de lignitos puede ser idóneo para su uso en pozos perforados través de zonas poco profundas de flujo de agua donde los BHST inferiores pueden ser aplicables. En algunas modalidades, el copolimero con base de lignitos puede usarse en pozos perforados en aguas profundas (por ejemplo, mayores o iguales a 1,524 metros (5,000 pies)). En algunas modalidades, el copolimero con base de lignitos puede usarse en un pozo de perforación que tiene un BHST menor o igual a alrededor de 37.8°C (100°F), alternativamente menores o iguales a alrededor de 21.1 °C (70°F), y alternativamente menores o iguales a alrededor de 15.6 °C (60°F). En algunas modalidades, el copolimero con base de lignitos puede usarse en un pozo de perforación que tienen un BHST en un intervalo de desde alrededor de 10°C (50°F) a alrededor de 37.8°C (100°F). Debe de entenderse que el copolimero con base de lignitos puede también usarse en pozos de perforación que tienen BHST fuera de estas temperaturas particulares.
Como será apreciado por aquellas personas expertas en la técnica, las modalidades de las composiciones de cemento de
la presente invención pueden usarse en una variedad de operaciones subterráneas, incluyendo cementación de remedio y primaria. En algunas modalidades, una composición de cemento puede proporcionarse que comprende agua, cemento, y un copolimero con base de lignito. El copolimero con base de lignito puede comprender una columna de lignito y grupos colgantes injertados que comprenden AMPS y DMA . En una modalidad particular, el copolimero con base de lignito puede comprender la columna de lignito en una cantidad de alrededor de 30% en peso y los grupos colgantes injertados en una cantidad de alrededor de 70% en peso con los grupos colgantes injertados que tienen una relación molar AMPS a DMA en un intervalo de desde alrededor de 10/90 a alrededor de 60/40. La composición de cemento puede introducirse en una formación subterránea y dejarse fraguar allí. Como se usa en la presente, introducir la composición de cemento en una formación subterránea incluye introducción en cualquier porción de la formación subterránea, incluyendo, sin limitación, en un pozo de perforación perforado en la formación subterránea, en una región cercana al pozo de perforación rodeando al pozo de perforación, o en ambos.
En modalidades de cementación primaria, por ejemplo, modalidades de la composición de cemento pueden introducirse en un anillo del pozo de perforación, tal como entre una
pared de un pozo de perforación y un conducto (por ejemplo, sartas de perforación, forros) ubicada en el pozo de perforación, el pozo de perforación penetrando la formación subterránea. La composición de cemento puede dejarse fraguar para formar una funda anular de cemento endurecido en el anillo del pozo de perforación. Entre otras cosas, la composición de cemento de fraguado puede formar una barrera, previniendo la migración de fluidos en el pozo de perforación. La composición de cemento de fraguado también puede, por ejemplo, respaldar el conducto en el pozo de perforación .
En modalidades de cementación de remedio, una composición de cemento puede usarse, por ejemplo, en las operaciones de inyección de cemento o en la colocación de tapones de cemento. A modo de ejemplo, la composición puede colocarse en un pozo de perforación para taponear una abertura, tal como un vacio o grieta, en la formación, en un paquete de grava, en el conducto, en la funda de cemento, y/o un microanillo entre la funda de cemento y el conducto.
EJEMPLOS
Para facilitar un mejor entendimiento de la presente invención, los siguientes ejemplos de ciertos aspectos de algunas modalidades se dan. De ninguna manera se deben leer
los siguientes ejemplos para limitar o definir, todo el alcance de la invención.
Síntesis de polímero
Los polímeros con base de lignito se sintetizaron de manera que la concentración final de polímero en solución acuosa fue 25 por ciento en peso (% en peso) mientras se mantiene una relación de peso polímero/lignito de 70/30. La relación molar AMPS/DMA fue variada, como se indica en la Tabla 1 a continuación. La polimerización de la relación molar 50:50 comprendió cargar un matraz de fondo redondo de 250 milímetros con 20 gramos de lignito (Super-Lig de BASF Corporation) seguido de la adición de 161.37 gramos de agua desionizada. Luego, una pequeña cantidad de hidróxido de sodio se agregó (aproximadamente 1.48 gramos) para caustic zar el lignito, haciéndolo soluble en agua. Una pequeña cantidad de formiato de sodio (1.37 gramos) se agregó para mantener el peso molecular lo suficiente bajo para tener un producto que puede bombearse en el campo. Luego, la solución se cargó con 65.28 gramos de sodio 2-acrilamido-2-metilpropansulfonato (monómero AMPS 2403, 50 % en peso solución acuosa de Lubrizol Corporation) y 14.08 gramos de DMA (de Sigma-Aldrich Co. LLC) . Finalmente, el sistema iniciador se agregó (2.58 gramos de trietanolamina y 7.35
gramos de una solución de persulfato de sodio 10 p/v %) . El matraz de fondo redondo entonces se selló con un septum de goma y se purgó con nitrógeno. La solución se dejó reaccionar por aproximadamente 1 a 2 horas. Las soluciones resultantes de polímero injertado entonces se utilizaron para los siguientes ejemplos.
Ejemplo 1
La siguiente serie de pruebas se realizó para evaluar el uso de un copolímero con base de lignito como un aditivo de control de migración para composiciones de cemento. Siete composiciones de cemento muestra, designadas Muestras 1-7, se prepararon e incluyeron un copolímero con base de lignito. El copolímero con base de lignito usado en cada muestra se preparó como se describe anteriormente. Cada una de las composiciones de cemento muestras comprendió 600 gramos de LaFarge Joppa Cemento Clase H, 189.8 gramos de agua de mar, 12 gramos de cloruro de potasio, 0.4 gramos de EZ-FLO™ mezclando aditivo (disponible de Halliburton Energy Services, Inc.), 29.4 gramos de un acelerador de fraguado de cemento inorgánico, y 11.8 gramos de la solución de polímero de injerto (25 % en peso solución acuosa del copolímero con base de lignito) .
El tiempo de transición para cada composición de cemento muestra para cambiar de tener una resistencia de gel estática
de 4.89 kg/m2 (100 lbf/100 ft2) a tener una resistencia de gel estática de 24.45 kg/m2 (500 lbf/100 ft2)se determinó usando el siguiente procediendo. Además, el tiempo requerido para alcanzar una resistencia de gel estática de 4.89 kg/m2 (100 lbf/100 ft2) (referido como tiempo de gel cero) de cada composición de cemento de muestra también se determinó. Las resistencias de gel estáticas se determinaron a 15.6°C (60°F) y 442.89 kg/cm2 (6,300 libras por pulgada cuadrada, "psi"). Las pruebas de desarrollo de resistencia de gel estática se realizaron usando un analizador MACS® II. Este analizador mide la resistencia de ci zallamiento de una composición de cemento muestra bajo la temperatura y presión dentro del pozo mientras la muestra se mantiene esencialmente estática. La prueba se condujo mezclando la muestra y colocándola en el analizador. La temperatura inicial fue 26.7°C (80°F) y 35.15 kg/cm2 (500 psi). La muestra entonces se agitó y se enfrió a las condiciones muestra. Después de 42 minutos la muestra alcanzó 15.6°C (60°F) y 442.89 kg/cm2 (6,300 psi). La agitación se continuó por 90 minutos más, y la muestra entonces se dejó permanecer esencialmente estética. La paleta de agitación se gira a una tasa de alrededor de 0.216 grados por minuto mientras la resistencia de cizallamiento en la paleta se mide. La resistencia de cizallamiento está correlacionada a la resistencia de gel estática (las unidades
son lbf/100 ft2) . Por el procedimiento anterior, el tiempo de gel cero es el tiempo que le toma a la muestra alcanzar 4.89 kg/m2 (100 lbf/100 ft2) una vez que la agitación se detiene.
Las pruebas de pérdida de fluido también se realizaron en cada composición de cemento de prueba a temperatura ambiente y 70.3 kg/cm2 (1,000 psi) presión diferencial de acuerdo con API Recommended Practice 10B-2. Cada composición de cemento de muestra se acondicionó a 15.6 °C (60°F) por 20 minutos seguido de la realización de pruebas de pérdida de fluido con las células a temperatura ambiente.
Los resultados para el desarrollo de resistencia de gel y las pruebas de pérdida de fluido se proporcionan en la tabla a continuación. El tiempo de gel cero y la transición para la muestra 7 que tiene una relación molar AMPS-D A de 100/0 no se determinaron.
TABLA 1
El ejemplo 1 de este modo indica que el copolimero con base de lignito puede funcionar para acortar los tiempos de transición. La disminución de la cantidad de AMPS como se compara a la cantidad de DMA en el copolimero generalmente proporcionó tiempo de transición más cortos. Por ejemplo, los tiempos de transición menores a 30 minutos se obtuvieron para las composiciones de cemento muestra 2-4 que tienen una relación molar AMPS a DMA de desde 25/75 a 50/50. Además, el Ejemplo 1 también indica que el copolimero con base de lignito puede proporcionar niveles deseables de control de pérdida fluido.
Ejemplo 2
Dos muestras adicionales de composiciones de cemento muestra, designadas Muestras 8 y 9, se prepararon para comparar un copolimero con base de lignito a otro copolimero injertado. Cada una de las composiciones de cemento muestra comprendieron 600 gramos de LaFarge Joppa Cemnto Clase H, 189.8 gramos de agua de mar, 12 gramos de cloruro de potasio, 0.4 gramos de EZ-FLO™ aditivo de mezcla (disponible de Halliburton Energy Services, Inc.), 29.4 gramos de un acelerador de fraguado de cemento inorgánico, y 4.7 gramos de aditivo de espuma Zoneseal® 2000 (disponible de Halliburton Energy Services, Inc.).
La muestra 8 fue una composición comparativa que además comprendió aditivo Halad® 413L (disponible de Halliburton Energy Services, Inc.) en una cantidad de 11.8 gramos. El aditivo Halad® 413L es una solución de polímero injertado que es 25% activo y comprende una columna de lignito injertado con AMPS, DMA, y acrilonitrilo .
La muestra 9 además comprendió la solución de polímero injertado en una cantidad de 11.8 gramos. La solución de polímero injertado se preparó como se describe anteriormente y comprendió un copolímero con base de lignito que comprendió una columna de lignito (30% en peso) y grupos colgantes injertados (70% en peso) que tienen una relación molar AMPS a DMA de 50/50.
Después de la preparación, las pruebas del desarrollo de resistencia de gel estática se realizaron para cada muestra usando un analizador MACS® II como se describió anteriormente para el ejemplo 1. Un gráfico de desarrollo de resistencia de gel estática como una función de tiempo se hizo para cada muestra. La FIG. 1 muestra un desarrollo de resistencia de gel estática para la Muestra 8. La muestra 8 tuvo un tiempo de transición de aproximadamente 40 minutos. La FIG. 2 muestra el desarrollo de resistencia de gel estática para la Muestra 9. La muestra 9 tuvo un tiempo de transición de aproximadamente 10 minutos.
Debe de entenderse que las composiciones y métodos se describen en términos de "comprender" "contener", o "incluir" varios componentes o etapas, las composiciones y métodos pueden también "consistir esencialmente de" o "consistir de" los varios componentes y etapas. Además, los artículos indefinidos "un" o "uno", como se usan en las reivindicaciones, se definen en la presente para referirse a uno o más de uno que introduzca.
En aras de la brevedad, únicamente ciertos intervalos se describen explícitamente en la presente. Sin embargo, los intervalos desde cualquier límite inferior pueden combinarse con cualquier límite superior para recitar un intervalo no explícitamente recitado, así como también, intervalos desde cualquier límite inferior pueden combinarse con cualquier otro límite inferior para recitar un intervalo no explícitamente recitado, del mismo modo, los intervalos desde cualquier límite superior pueden combinarse con cualquier límite superior para recitar un intervalo no explícitamente recitado. Adicionalmente , cuando sea que un intervalo numérico con un límite inferior y un límite superior se describa, cualquier número y cualquier intervalo incluidos cayendo dentro del intervalo se describen específicamente. En particular, cada intervalo de valores (de la forma, "de alrededor de a a alrededor de b, " o, equivalentemente, "de
aproximadamente a hasta b," o, equivalentemente, "de aproximadamente a-b") descritos en la presente han de entenderse para establecer cada número e intervalo abarcado dentro del intervalo más amplio de valores incluso si no está explícitamente recitado. De este modo, cada punto o valor individual puede servir como su propio límite inferior o superior combinado con cualquier otro punto o valor individual o cualquier otro límite inferior o superior, para recitar un intervalo no explícitamente recitado.
Por lo tanto, la presente invención está bien adaptada para alcanzar los fines y ventajas mencionadas así como también aquellas que están inherentes allí. Las modalidades particulares descritas anteriormente son ilustrativas únicamente, ya que la presente invención puede modificarse y practicarse de maneras diferentes pero equivalentes aparentes para las personas expertas que tienen el beneficio de las enseñanzas en la presente. Aunque se discuten las modalidades individuales, la presente invención cubre todas las combinaciones de todas aquellas modalidades. Además, no se pretenden limitaciones a los detalles de construcción o diseño en la presente mostrados, otros que no sean los descritos en las reivindicaciones a continuación. También, los términos en las reivindicaciones tienen su significado ordinario, plano a menos que de otro modo sea explícitamente
y claramente definido por el titular de la patente. Por lo tanto es evidente que las modalidades ilustrativas particulares descritas anteriormente pueden alterase o modificarse y todas tales variaciones se consideran dentro del enfoque y espíritu de la presente invención. Si hay algún conflicto en los usos de una palabra o término en esta especificación y una o más patentes u otros documentos que puedan incorporarse en la presente como referencia, las definiciones que son consistentes con esta especificación deben adoptarse.
Claims (29)
1. Un método de cementación en una formación subterránea, caracterizado porque comprende: introducir una composición de cemento que comprende cemento, agua, y un copolimero con base de lignito en una formación subterránea, en donde el copolimero de base de lignito comprende una columna de lignito, un primer monómero injertado seleccionado del grupo que consiste de ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico, una sal de ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico, y combinaciones de los mismos, y un segundo monómero injertado que comprende N,N-dimetilacrilamida ; y permitir que la composición de cemento fragüe en la formación subterránea, en donde la composición de cemento tiene un tiempo de transición de menos o igual a alrededor de 150 minutos.
2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición de cemento tiene un tiempo de transición menor o igual a alrededor de 30 minutos.
3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la introducción de la composición de cemento comprende introducir la composición de cemento en un pozo de perforación que tiene una temperatura estática del fondo del pozo menor o igual a alrededor de 37.8°C (100°F).
4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque permite que la composición de cemento fragüe que comprende permitir que la composición de cemento fragüe en un anillo de pozo de perforación.
5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer monómero injertado comprende la sal de 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico, la sal comprende una sal de sodio.
6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la columna de lignito está presente en una cantidad de alrededor de 10% a alrededor de 50% en peso del copolímero con base de lignito.
7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el copolímero de base de lignito comprende grupos colgantes que comprenden el primer monómero injertado y el segundo monómero injertado, los grupos colgantes presentes en una cantidad de alrededor de 50% a alrededor de 90% en peso del copolímero con base de lignito.
8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque los grupos colgantes están esencialmente libres de cualquiera de los co-monómeros adicionales.
9. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una relación del primer monómero injertado al segundo monómero injertado es de alrededor de 10/90 a alrededor de 60/40.
10. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el cemento comprende al menos un cemento hidráulico seleccionado del grupo que consiste de un cemento Portland, un cemento de puzolana, un cemento de yeso, un cemento de alto contenido de alúmina, un cemento de escoria, un cemento de sílice, y cualquier combinación de los mismos.
11. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición de cemento además comprende un aditivo seleccionado del grupo que consiste de un aditivo de retrogresión de resistencia, un acelerador de fraguado, un agente de carga, un aditivo ligero, un aditivo de generación de gas, un aditivo que mejora las propiedades mecánicas, un material de pérdida de circulación, un aditivo de control de filtración, un dispersante, un aditivo de control de pérdida de fluido, un agente antiespumante , un agente espumante, un aditivo tixotrópico, y cualquier combinación de los mismos.
12. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición de cemento además comprende un aditivo seleccionado del grupo que consiste de sílice cristalina, sílice amorfa, sílice de pirólisis, sales, fibras, arcillas hidratables, esquisto calcinado, pizarra vitrificada, microesferas , ceniza, escoria, tierra de diatomeas, metacaolín, ceniza de cáscara de arroz, puzolana natural, zeolita, polvo de horno de cemento, cal, elastómeros, resinas, látex, y cualquier combinación de los mismos .
13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la composición de cemento tiene una densidad en el intervalo de desde alrededor de 0.9592 kg/1 (8 libras por galón) a alrededor de 2.0383 kg/1 (17 libras por galón) .
14. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque demás comprende proporcionar una solución acuosa que comprende el primer monómero injertado y el segundo monómero injertado.
15. El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado porque la solución acuosa comprende el primer monómero injertado y el segundo monómero injertado en una cantidad en un intervalo de alrededor de 10% a alrededor de 25% en peso de la solución acuosa.
16. Un método de cementación en una formación subterránea, caracterizado porque comprende: introducir una composición de cemento que comprende cemento, agua, y un copolimero con base de lignito en un pozo de perforación que tiene una temperatura de circulación del fondo del pozo menor o igual a alrededor de 37.8°C (100°F), en donde el copolimero de base de lignito comprende: una columna en una cantidad de alrededor de 20% a alrededor de 40% en peso del copolimero con base de lignito, la columna que comprende lignito caustificado ; y grupos colgantes injertados en una cantidad de alrededor de 60% a alrededor de 80% en peso del copolimero con base de lignito, los grupos colgantes injertados comprenden sodio 2-acrilamido-2-metilpropansulfonato y N, N-dimetilacrilamida en una relación molar de sodio 2-acrilamido-2-metilpropansulfonato y N, N-dimetilacrilamida de alrededor de 10/90 a alrededor de 60/40; y permitir que la composición de cemento fragüe en la formación subterránea, en donde la composición de cemento tiene un tiempo de transición menor o igual a alrededor de 30 minutos.
17. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el pozo de perforación tiene una temperatura estática del fondo del pozo menor o igual a alrededor de 21.1°C (70°F).
18. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque permite que la composición de cemento fragüe y comprende permitir que la composición de cemento fragüe en un anillo de pozo de perforación.
19. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la columna está presente en una cantidad de alrededor de 30% en peso del copolimero con base de lignito, en donde los grupos colgantes injertados están presentes en una cantidad de alrededor de 70% en peso del copolimero con base de lignito, y en donde la relación molar del sodio 2-acrilamido-2-metilpropansulfonato y N, N-dimetilacrilamida es alrededor de 50/50.
20. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque los grupos colgantes están esencialmente libres de cualquiera de los co-monómeros adicionales.
21. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el cemento comprende al menos un cemento hidráulico seleccionado del grupo que consiste de un cemento Portland, un cemento de puzolana, un cemento de yeso, un cemento de alto contenido de alúmina, un cemento de escoria, un cemento de sílice, y cualquier combinación de los mismos.
22. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la composición de cemento además comprende un aditivo seleccionado del grupo que consiste de un aditivo de retrogresión de resistencia, un acelerador de fraguado, un agente de carga, un aditivo ligero, un aditivo de generación de gas, un aditivo que mejora las propiedades mecánicas, un material de pérdida de circulación, un aditivo de control de filtración, un dispersante, un aditivo de control de pérdida de fluido, un agente antiespumante, un agente espumante, un aditivo tixotrópico, y cualquier combinación de los mismos.
23. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la composición de cemento además comprende un aditivo seleccionado del grupo que consiste de sílice cristalina, sílice amorfa, sílice de pirólisis, sales, fibras, arcillas hidratables, esquisto calcinado, pizarra vitrificada, microesferas, ceniza, escoria, tierra de diatomeas, metacaolín, ceniza de cáscara de arroz, puzolana natural, zeolita, polvo de horno de cemento, cal, elastómeros, resinas, látex, y cualquier combinación de los mismos .
24. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la composición de cemento tiene una densidad en un intervalo de desde alrededor de 0.9592 kg/1 (8 libras por galón) a alrededor de 2.0383 kg/1 (17 libras por galón) .
25. El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque además comprende proporcionar una solución acuosa que comprende el primer monómero injertado y el segundo monómero injertado.
26. El método de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque la solución acuosa comprende el primer monómero injertado y el segundo monómero injertado en una cantidad en un intervalo de alrededor de 10% a alrededor de 25% en peso de la solución acuosa.
27. Una composición de cemento, caracterizada porque comprende: cemento ; agua; y un copolimero con base de lignito que comprende una columna de lignito, un primer monómero injertado seleccionado del grupo que consiste de ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico, una sal de ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico, y combinaciones de los mismos, y un segundo monómero injertado que comprende N,N-dimetilacrilamida, en donde la composición de cemento tiene un tiempo de transición a 15.6 °C (60°F) y 442.89 kg/cm2 (6,300 psi) menor o igual a alrededor de 150 minutos.
28. La composición de cemento de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada porque el primer monómero injertado comprende la sal de 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico, la sal comprende una sal de sodio.
29. La composición de cemento de conformidad con la reivindicación 27, caracterizada porque la columna de lignito está presente en una cantidad de alrededor de 10% a alrededor de 50% en peso del copolimero.
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