MXPA02000532A

MXPA02000532A - Composiciones de cemento para pozo de baja densidad.

Info

Publication number: MXPA02000532A
Application number: MXPA02000532A
Authority: MX
Inventors: Burton Pereira
Original assignee: Phillips Petroleum Co
Priority date: 1999-07-15
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2002-07-02
Also published as: AU7134600A; WO2001005727A3; WO2001005727A2; NO20020172D0; EP1397577A2; CA2379430A1; US6176314B1; EP1397577A4; NO20020172L

Abstract

Se describen composiciones de suspension de cemento de pozo de baja densidad mejoradas que son formadas mediante la adicion de un aditivo inhibidor de fluido libre a una mezcla que comprende un cemento hidraulico y agua. Tales inhibidores de fluido libre son polimeros de hidroxi etil celulosa que tienen un valor de cps en el rango de aproximadamente 5000 a aproximadamente 50,000.

Description

COMPOSICIONES DE CEMENTO PARA POZO DE BAJA DENSIDAD DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Esta invención es concerniente con composiciones de suspensión de cemento de baja densidad mejoradas y el uso de las mismas en el cementado de pozos subterráneos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los cementos hidráulicos son cementos que pueden fraguar bajo el agua. Esta propiedad de fraguado sirve para una variedad de propósitos. Los cementos hidráulicos son frecuentemente utilizados en la colocación de tubos o ademes dentro de un barreno de una formación subterránea para la construcción de pozos de petróleo y gas. En la industria del petróleo y gas, el cementado exitoso de la tuberia de pozo y el ademe durante la consumación del pozo de petróleo y gas requiere algunas veces suspensiones de cemento que necesitan ser de una densidad que es mucho menor que aquella la cual el cemento estaba diseñada originalmente por el fabricante de cemento. Para obtener tales bajas densidades, es frecuentemente empleada la adición de grandes cantidades de agua a la suspensión existente. La cantidad de agua de mezclado utilizada es dependiente de la densidad final deseada para la suspensión también como la clasificación API del cemento. Sin embargo, cuando la adición de agua de mezcla Re.: 135708 I -AA AAAtÉÍrri?lHttl1lT?? ?l ?l??lfTl«r??l?? ' ' i ' — se emplea para disminuir la densidad de la suspensión de agua-cemento se experimenta un efecto perjudicial sobre varias propiedades de la solución resultante en las que se incluyen aquella de un incremento del fluido libre. Asi, existe una necesidad en la industria de cementado hidráulico por una composición de cementado de pozo mejorada que proporcione un sistema de densidad baja deseada en tanto que evite el problema de formación de fluido libre. Por consiguiente, es deseable proporcionar un nuevo sistema de suspensión de cemento de pozo de baja densidad que esté esencialmente libre del problema de formación de fluido libre. Otra vez es deseable proporcionar un sistema mejorado para el cementado de pozos subterráneos. Cuando se usa en la presente "esencialmente" en el contexto del término prevención esencial del desarrollo del liquido libre en la suspensión significa que la prevención "total" del liquido libre en la suspensión es preferida pero no requerida. Las frases "consiste esencialmente de" y "consistente esencialmente de" no excluyen la presencia de otras etapaas, elementos o materiales que no son mencionados específicamente en esta especificación, en tanto que tales etapas, elementos o materiales no afecten las características básicas y nuevas de la invención. Adicionalmente, no excluyen aifcj-t.i:...,,, -fitÜiüi »-^-...»¿.J«-afani.np.J3,i*i.-.M¿«...»-a. -»At «-fe- impurezas normalmente asociadas con los elementos y materiales usados. Otros aspectos, objetos y las varias ventajas de esta invención serán evidentes a partir de las siguiente especificación y reivindicaciones adjuntas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN De acuerdo con una modalidad de la presente invención, se ha descubierto que en la producción de suspensiones de baja densidad por medio de la adición de agua de mezcla adicional a una mezcla de suspensión de cemento- agua que la adición a tal sistema de suspensión de un inhibidor de liquido libre da como resultado una suspensión de baja densidad mejorada que evita el problema de incremento de fluido libre que se experimenta de otra manera. El término "fluido libre" como se usa en la presente significa que el liquido libre o agua que es el fluido sobrenadante formado encima de la columna de suspensión que proporciona una indicación de la cantidad de asentamiento de las partículas de cemento durante la colocación de la suspensión. El agua libre en exceso encima de la columna de cemento dará como resultado una zona incompetente cercana a la parte superior del forro, el tubo o ademe que tendrá que ser solucionado con un trabajo de compresión caro.

El término "inhibidor de fluido libre" empleado en la presente se propone definir una composición de hidroxi etil celulosa que cuando es preparada al mezclar 1921.04 gramos de agua desionizada y 127.636 gramos de silicato de sodio de 40Be para formar una solución que tiene un pH de 11.17, colocación de 392 gramos de la solución en una mezcladora Warring, adición de 8 gramos de polímero de hidroxi etil celulosa en tanto que se pone en operación la mezcladora a 4000 rpm, el mezclado completo del polímero y el solvente, colocación de la solución resultante a una botella de plástico de 500 ml y sellado con una tapa, colocación de la solución a un baño de agua pre-ajustado a 27°C (80°F) y se le permite reposar durante 2 horas, tiene un valor de viscosidad de solución, tal como se mide mediante el viscosimetro de Brookfield LVT en el rango de aproximadamente 5000 a aproximadamente 50,000 cps. Asi, mediante la presente invención se proporciona una composición de suspensión de cemento de baja densidad nueva que comprende: (a) un cemento hidráulico, (b) agua, y (c) un inhibidor de fluido libre en donde tal composición tiene una densidad en el rango de aproximadamente 1,097 Kg/m3 (aproximadamente 11.0 libras por galón) de suspensión a aproximadamente 1,497 Kg/m3 (aproximadamente 15.0 libras por galón) de suspensión y el inhibidor libre de fluido está presente en una cantidad suficiente para impedir esencialmente el desarrollo de fluido libre en la suspensión. El término "suspensión de cemento de baja densidad" como se emplea en la presente significa una suspensión de cemento-agua que tiene una densidad en el rango de aproximadamente 1,097 a 1,497 Kg/m3 (aproximadamente 11.0 a 15.0 libras por galón) de suspensión. En otro aspecto de esta invención, se proporciona un proceso mejorado para el cementado de pozos subterráneos con una suspensión de cemento de baja densidad por medio del uso de estas nuevas composiciones de suspensión de baja densidad que evitan el desarrollo de fluido libre indeseable en el sistema.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención es concerniente con una composición de cementado de baja densidad mejorada y el método de uso de tales composiciones de cementado de baja densidad. Las composiciones de cementado de esta invención consisten de un cemento hidráulico, agua y un aditivo inhibidor de fluido libre que está presente en una cantidad suficiente para impedir el desarrollo de liquido libre en la composición de cementado. En esta revelación, el término "cemento hidráulico" se refiere a cualquier cemento hidráulico que se endurece o fragua con agua. Los cementos hidráulicos incluyen por ejemplo cemento Portland, cementos aluminosos, cementos pozzolan y los semejantes. Asi, por ejemplo, cualquiera de la clase de los cementos A-H y J como se enlistan en la API spec 10, Primera Edición, Enero de 1982 son apropiados para la invención. El agua de mezcla con las composiciones de cemento hidráulico secas producen una suspensión. Una cantidad suficiente de agua debe ser agregada al cemento hidráulico para formar una suspensión bombeable de la densidad deseada. El agua puede ser de cualquier tipo de agua, comúnmente utilizada en la industria de cemento, tal como agua dulce, salmueras, agua de mar y los semejantes. Si se desea, la composición de suspensión puede también tener aditivos adicionales en la misma ya sea formados mediante combinación en seco con el cemento o agregados al agua utilizada en la formación de la suspensión. Tales aditivos pueden ser seleccionados del grupo que consiste de dispersantes, aceleradores, viscosificadores, retardadores, extensores, agentes de pérdida de circulación y agentes de formación de espuma. Ejemplos de dispersantes apropiados son aquellos seleccionados del grupo que consiste de productos de condensación de formaldehido de ácido naftalensulfónico, ácido melaminsulfónico, ácido cetonsulfónico, ácido i ... ¿ xaás?b- m&?msi?i?ttákíua íí naftolsulfónico, y las sales de metal alcalinotérreo de los mismos. Tales dispersantes pueden ser usados en una cantidad en el rango de 0.1 a aproximadamente 2.0 por ciento en peso del cemento (B OC) . Ejemplos de aceleradores apropiados son aquellos seleccionados del grupo que consiste de cloruro de calcio, cloruro de potasio, cloruro de sodio, nitrato de calcio, nitrato de potasio y nitrato de sodio. Tales aceleradores pueden ser usados en una cantidad en el rango de aproximadamente 1 por ciento en peso del agua de mezcla (B OW) hasta la saturación. Ejemplos de viscosificadores apropiados son aquellos seleccionados del grupo que consiste de goma de xantana, goma guar y derivados de las mismas, homo y copolimeros de acrilamida, N-vinil pirrolidona, ácido 2- acrilamida-3-metil propansulfónico, sales de metal alcalino del mismo, N-vinil acetamida, N-vinil-N-metil acetamida, N-N- dimetil acrilamida, ácido acrilico, ácido itaconico y sales de metal alcalinotérreo de los mismos. Tales viscosificadores pueden ser usados a concentraciones en el rango de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 5.0 por ciento en peso del cemento. Ejemplos de retardadores apropiados son aquellos seleccionados del grupo que consiste de ácido lignosulfónico, ácidos hidro-básicos, ácidos tánicos, ácido bórico, polisacáridos, polímeros de condensación y polimerización de cadena, sales de metal alcalinotérreos de los mismos, óxido de zinc, óxido de hierro y lignosulfonato de ferrocromo. Tales retardadores pueden ser usados a concentraciones en el rango de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 10 por ciento en peso de cemento. Ejemplos de extensores apropiados son aquellos seleccionados del grupo que consiste de sulfato de calcio, silicatos de sodio y aluminio, ceniza arrastrada, bentonita, diatomita, silice ahumada, perlas de cerámica, atapulgita, gilsonita, perlas de espuma de poliestireno, clorhidrato de aluminio, esferas de silice y gas nitrógeno. Tales extensores pueden ser usados a concentraciones en el rango de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 75.0 por ciento en peso de cemento. Ejemplos de agentes de pérdida de circulación apropiados son aquellos seleccionados del grupo que consiste de hojuelas de celofán, silice dimensionada, hule molido, cascaras de semilla, aserrín, hojuelas de papel, carbonato de calcio, carbón molido y carbón fundido. Tales agentes de pérdida de circulación pueden ser usados a concentraciones en el rango de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 20 por ciento en peso del cemento. Ejemplos de agentes formadores de espuma apropiados son aquellos seleccionados del grupo que consiste de ¿j^¿¿ £¿b£^£ ^& Í£ ----í'4?í*^¿í^*~-í*><st.*it^* . SÍ-» ?a¡Ví alcoholes etoxilados, alquilsulfonatos, sulfonatos de poliolefina, alquensulfonatos de alquilo, alquilamina, esteres de ácido graso y sulfonatos de petróleo. Tales agentes formadores de espuma pueden ser usados a concentraciones en el rango de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 5.0 por ciento. Cuando se considera apropiado, las suspensiones de esta invención pueden tener incorporado en las mismas un gas tal como nitrógeno o dióxido de carbono. La especificación 10 de la API, Primera Edición, Enero de 1982, que es conocida para la industria del cemento, describe un aparato y método aprobado para medir la consistencia de suspensiones de cemento en términos de unidades de consistencia Bearden (Be) . Una suspensión de baja densidad bombeable de acuerdo con la presente invención debe ser una que esté en el rango de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 30.0, de preferencia en el rango de aproximadamente 5.0 a aproximadamente 20 unidades de consistencia Bearden. Los cementos hidráulicos que pueden ser usados en las nuevas suspensiones de la presente invención son aquellos seleccionados de los grupos de aquellos cementos que tienen una clasificación de API A, B, C, D, E, F, G y H, cementos tipo I, II, III, IV y I de la ASTM, cementos pozoolánicos, cementos semejantes a pozoolan, cementos de yeso, t¡tt.^ ia? B8l^.t^fcrij»fc!^^ clasificación API, cementos de expansión K y M, cementos de aluminato de calcio y cementos de escoria. Las composiciones de suspensión de cementado de esta invención también contienen un aditivo inhibidor del fluido libre que está presente en una cantidad de tal manera que el fluido libre está esencialmente impedido en la suspensión de cemento de baja densidad formulada. En general, en la práctica de esta invención, el aditivo inhibidor de fluido libre está presente en la suspensión de cemento de baja densidad en una cantidad en el rango de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 2.0 por ciento en peso en base al peso del cemento empleado. La composición final de las suspensiones de baja densidad de la presente invención será dependiente de la naturaleza del cemento hidráulico empleado, la cantidad de agua requerida para establecer la densidad baja deseada y la selección de aditivos opcionales, si los hay, además de la presencia del aditivo inhibidor de fluido libre. En general, la composición de suspensión de esta invención tendrá presente en la misma un cemento hidráulico y de aproximadamente 53 a aproximadamente 180 por ciento en peso de agua y de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 2.0 por ciento en peso de aditivo inhibidor libre de fluido en base al peso del cemento. Los siguientes ejemplos se proponen ser ilustrativos de la presente invención y enseñar a aquel de experiencia ordinaria en la técnica a elaborar y utilizar la invención. Estos ejemplos no se proponen limitar la invención de ningún manera.

Ejemplo 1 Para medir el valor de viscosidad de Brookfield de una serie de polímeros de hidroxi etil celulosa para determinar aquellos que serian apropiados para la formación de una suspensión de cemento de baja densidad esencialmente libre de liquido libre, una seria de polímeros de hidroxi etil celulosa de pesos moleculares variables obtenidos de Aqualon Corporation fueron sometidos a evaluación en un sistema de solvente que consiste de agua desionizada y silicato de sodio. El sistema de solventes fue preparado al mezclar 1921.04 gramos de agua desionizada y 127.636 gramos de silicato de sodio de 40Be. La solución resultante tenia un pH de 11.17. A alícuotas de 392 gramos de una solución en una mezcladora Warring se agregan 8 gramos de polímero de hidroxi etil celulosa en tanto que se pone en operación la mezcladora a 4000 rpm. Después de la consumación de la mezcla de cada polímero y solvente, la solución resultante fue colocada en una botella de plástico de 500 ml y sellada con una tapa.

Cada una de las cuatro soluciones fueron colocadas en un baño de agua preajustado a 27°C (80°F) y se le permite reposar durante dos horas. Para medir la viscosidad de Brookfield, cada una de las soluciones preparadas fueron agregadas separadamente después del periodo de reposo de dos horas a un viscosimetro de Brookfield para ser medido a 6 rpm con un husillo LV3 después de 1 minuto a 6 rpm. Un método de la ASTM D2196- Métodos de Prueba Estándar para Propiedades Reológicas de Materiales no Newtonianos de Viscosimetro Rotacional (Brookfield) . Los resultados siguientes fueron obtenidos: *Bfm = Brookfield medido Ejemplo II Los cuatro polímeros de hidroxi etil celulosa como se emplearon en el Ejemplo I fueron evaluados en cuanto a inhibición de fluido libre como sigue. Una suspensión de cemento de 1,247 Kg/m3 (12.5 libras por galón) que consiste de 400 gramos de cemento clase H API, 3.3 gramos de cada uno de los polímeros A, B, C y D y 416.8 gramos de agua dulce fueron preparados mediante mezcla en una mezcladora Warring durante 15 segundos a 4000 rpm y luego por 35 segundos adicionales a 12,000 rpm. Luego las suspensiones resultantes fueron envejecidas en un consistometro atmosférico durante 20 minutos a 27°C (80°F) . Luego las suspensiones envejecidas fueron transferidas individualmente a una mezcladora Warring y vueltas a mezclar por 35 segundos adicionales a 12,000 rpm. Después de esto, 250 ml de cada suspensión fueron transferidos a un cilindro graduado de 250 ml y sellados con una envoltura de película de plástico para impedir la evaporación. Luego los cilindros graduados fueron colocados a un ángulo de inclinación de 45° y se les permite permanecer quiescentes durante 2 horas. Después de 2 horas, el fluido libre fue medido. Se obtuvieron los siguientes resultados: «¿«iH ilMtl *.«H - • - t - ^t... ^.^.....,, .. .».

Los datos anteriores indican que las muestras de polímeros C y D que tienen un valor de cps de 13,700 y +20,000 proporcionaron un sistema de suspensión que retenia su fluidez en tanto que las muestras A y B no. Además, los datos anteriores demuestran que las características de solución de las cuatro muestras de hidroxi etil celulosa del Ejemplo I pueden ser usadas para co-relacionar su efectividad como inhibidores de fluido libre. Los ejemplos específicos en la presente son para ser considerados principalmente como ilustrativos. Varios cambios más allá de aquellos descritos se les presentarán sin duda a aquellos experimentados en la técnica y se comprenderá que tales cambios forman parte de esta invención a medida que caigan dentro del espíritu y alcance de las reivindicaciones adjuntas. Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

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Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Una composición de suspensión de cemento de baja densidad, estable, caracterizada porque comprende: (a) un cemento hidráulico; (b) agua y (c) un inhibidor de fluido libre; en donde tal composición tiene una densidad en el rango de aproximadamente 1,097 Kg/m3 de suspensión (aproximadamente 11.0 libras por galón de suspensión) a aproximadamente 1,497 Kg/m3 de suspensión (aproximadamente 15.0 libras por galón de suspensión) , en donde tal inhibidor de liquido libre es hidroxi etil celulosa que tiene un valor de cps, medido como hidroxi etil celulosa disuelta en solución de silicato de sodio acuosa, en el rango de aproximadamente 5,000 a aproximadamente 50,000 y en donde tal inhibidor de fluido libre está presente en una cantidad suficiente para impedir esencialmente el desarrollo del liquido libre en la suspensión. 2. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el inhibidor de liquido libre está presente en una cantidad en el rango de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 2.0 por ciento en peso en base al peso del cemento empleado. 3. La composición de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque está esencialmente presente por lo menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste de un dispersante, un acelerador, un viscosificador, un retardante, un extensor, un agente de pérdida de circulación y un agente de formación de espuma. 4. La composición de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque consiste de un cemento hidráulico y de aproximadamente 50 a aproximadamente 180 por ciento en peso de agua y de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 2.0 por ciento en peso de inhibidor de liquido libre en base al peso del cemento. 5. Un proceso para la prevención de liquido libre en el cementado de un pozo subterráneo, caracterizado porque comprende el cementado del pozo subterráneo con una composición de suspensión de cemento de baja densidad que comprende: (a) un cemento hidráulico, (b) agua y (c) un inhibidor de liquido libre en donde tal composición tiene una densidad en rango de aproximadamente 1,097 Kg/m3 de suspensión (aproximadamente 11.0 libras por galón de suspensión) a aproximadamente 1,497 Kg/m3 de suspensión (aproximadamente 15.0 libras por galón de suspensión), en donde el inhibidor de liquido libre es hidroxi etil celulosa que tiene un valor de cps, medido como hidroxi etil celulosa disuelta en una solución acuosa de silicato de sodio, en el rango de aproximadamente 5,000 a aproximadamente 50,000 y en donde el inhibidor de liquido libre está presente en una cantidad suficiente para impedir el desarrollo del liquido libre en la suspensión. 6. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el inhibidor de liquido libre está presente en una cantidad en el rango de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 2.0 por ciento en peso en base al peso del cemento . 7. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque tal composición consiste de un cemento hidráulico y de aproximadamente 50 a aproximadamente 180 por ciento en peso de agua y de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 2.0 por ciento en peso del inhibidor de liquido libre en base al peso del cemento. 8. Un proceso para la prevención del liquido libre en el cementado de un pozo subterráneo, caracterizado porque comprende el cementado del pozo subterráneo con una composición de suspención de cemento de baja densidad que consiste esencialmente de: (a) un cemento hidráulico, (b) agua y (c) un inhibidor de liquido libre, en donde tal composición tiene una densidad en el rango de aproximadamente 1,097 Kg/m3 de suspensión (aproximadamente 11.0 libras por galón de suspensión) a aproximadamente 1,497 Kg/m3 de suspensión (aproximadamente 15.0 libras por galón de suspensión), en donde el inhibidor de liquido libre es hidroxi etil celulosa que tiene un valor de cps, medido como hidroxi etil celulosa disuelta en una solución acuosa de silicato de sodio, en el rango de aproximadamente 5,000 a aproximadamente 50,000 y en donde el inhibidor del liquido libre está presente en una cantidad suficiente para impedir el desarrollo del liquido libre en la suspensión. 9. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el inhibidor de liquido libre está presente en una cantidad en el rango de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 2.0 por ciento en peso en base al peso del cemento. 10. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque la composición en base al peso del cemento es de aproximadamente 50 a aproximadamente 180 por ciento en peso de agua y de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 2.0 por ciento en peso de inhibidor libre de liquido. 11. Un proceso para la prevención de liquido libre en el cementado de un pozo subterráneo, caracterizado porque comprende el cementado del pozo subterráneo con una composición de suspensión de cemento de baja densidad que consiste esencialmente de: (a) un cemento hidráulico, (b) agua, (c) un inhibidor de liquido libre en donde tal composición tiene una densidad en el rango de aproximadamente 1,097 Kg/m3 de suspensión (aproximadamente 11.0 libras por galón de suspensión) a aproximadamente 1,497 Kg/m3 de suspensión (aproximadamente 15.0 libras por galón de suspensión) , en donde tal inhibidor de liquido libre es hidroxi etil celulosa que tiene un valor de cps, medido como hidroxi metil celulosa disuelta en solución acuosa de silicato de sodio, en el rango de aproximadamente 5,000 a aproximadamente 50,000 y en donde tal inhibidor de liquido libre está presente en una cantidad suficiente para impedir el desarrollo del liquido libre en la suspensión y (d) uno o más componentes seleccionados del grupo que consiste de dispersantes, aceleradores, viscosificadores, retardantes, extensores y agentes de formación de espuma. 12. El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el inhibido^" de liquido libre está presente en una cantidad en el rango de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 2.0 por ciento en peso en base al peso del cemento. 13. El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la composición en base al peso del cemento es de aproximadamente 50 a aproximadamente 180 por ciento en peso de agua y de aproximadamente 0.1 a aproximadamente
2.0 por ciento en peso de inhibidor de liquido libre. -*^A-t.-^ i-h¿tjit^| 1r.,...r ?i -fgtf iHfptfi-friÜr'flflti "* • "ll^^' tifnt^^-**''^