NO145879B - Fremgangsmaate og preparat for cementering ved forhoeyet temperatur av en sone i et broennborehull - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved cementering ved en forhøyet temperatur av en sone som gjennomtrenges av et brønnborehull under anvendelsen av et ikke-

gelerende hydraulisk cement-retarderingspreparat med en høy grad av forutsibarhet for å regulere rheologien og herdetiden som angitt i krav 1 og 2, og et cement-retarderingspreparat for anvendelse ved fremgangsmåten som angitt i krav 3-6. r

Typisk cementeres eller forsegles de underjordiske

soner ved å pumpe en vandig hydraulisk cementoppslemning inn i sonen. Ved cementering av det ringformige rom av en oljebrønn pumpes cementoppslemningen ned gjennom innsiden av foringen og tilbake og langs yttersiden av foringen gjennom det ringformige rom. Eventuell cementoppslemning som blir tilbake i foringen, fortrenges og segregeres ved anvendelse ved anvendelse av plug-

ger eller en vandig fortrengningsvæske. Ofte vil de høye temperaturer som møtes i underjordiske soner bevirke for tidlig herding av den hydrauliske cement. Dette krever tilsetninger som utsetter eller forsinker herdningstiden for cementoppslemningen slik at der blir tilstrekkelig pumpetid til å anbringe og fortrenge den vandige cementoppslemning inne i de ønskede soner. Tidligere kjente forsinkningsmidler er ofte uforutsi-

bare, og gir typisk sterkt varierende resultater med forskjel-

lige merker av cement, og bevirker ofte for tidlig, gelering av cementoppslemningen. Gelering refererer seg til en unormal

økning av.viskositeten av den vandige cementoppslemning til en verdi uten en betydningsfull økning i trykkfastheten av cementpreparatet. Denne økning i viskositeten av den vandige cementoppslemning gjør oppslemningen vanskelig eller umulig å

pumpe ved en viskositet på 70 P eller derover som betegnes som herdepunktet deri. Cementpreparatet har ikke oppnådd en tilstrekkelig trykkfasthet.

Tidligere kjente cementpreparater og tilsetninger er beskrevet i de følgende 14 patenter: US patenter 2 549 507, 2 579 453, 2 674 321, 2 676 170, 2 680 113, 2 775 580, 2 872 278, 3 034 982, 3 053 673, 3 135 727, 3 344 063, 3 748 159, 3 766 229

og 3 821 985.

Grunnprinsi<p>pene for oljebrønncementering er beskre-

vet i boken PETROLEUM ENGINEERING DRILLING AND WELL

COMPLETIONS, av Carl Gatlin, Prentice Hall, 1960. Bakgrunnen

for o<p>plysningene om hydrauliske cementpreparater og tilset-

ninger kan finnes i følgende bøker: LIGNIN STRUCTURE AND REAC-

TIONS, ADVANCES IN CHEMISTRY SERIES, 1959, American Chemical

Society, 1966, MECHANICAL BEHAVIOR OF HIGH POLYMERS, av Turner Alfrey, Interscience Publishers, 1948 og HACKH<*>S CHEMICAL DICTIONARY, 4th Ed., McGraw-Hill, 1969.. ;Ovenstående referanser og de deri angitte opplysninger inkor- ;poreres heri ved henvisning i nødvendig.utstrekning. ;De hydrauliske cementpreparater ifølge oppfinnelsen ;løser eller eliminerer mange av dé.ovenfor påpekte problemer. ;De hvdrauliské cementpreparater ifølge oppfinnelsen har ikke geleringsproblemet: retarderingspreparatet er mere effektivt enn tidligere kjente retarderingspreparater, retardereren gir mindre variasjon med forskjellige merker av cement; cement-preparatene har meget bedre forutsibarhet og reproduserbarhet med hensvn til herdetider med et gitt merke cement; og hydrau- ;liske cementpreparater har bedre rheologiske egenskaper. Såle- ;des har de forbedrede cementpreparater ifølqe oppfinnelsen prak- ;tisk talt eliminert problemene med hensvn til uforutsibarhet oq ureproduserbarhet av resultater som er særlig alvorlige i dype ;høytrvkksbrønner hvor temperaturene kan overstiqe 150° C oq 1055 kq/cm<2>. ;Konsentrasionen av retarderinqspreparatet ifølqe oppfinnelsen som kreves for å qi den ønskede pumpetid for eller forsinkninq i herdetidene av cementoppslemninqen ved en qitt sirkulasionstemperatur, er ikke kritisk som med konvensjonelle liqnosulfonatretarderinqsmidler. Tykninqstiden ved qitt retarderinqsmiddelkonsentrasion er mindre temperaturav-henqiq enn med konvensjonelle retarderingsmidler. Dette ned-setter muligheten for overretarderte oppslemninger ved lavere temperaturer som møtes ved toppen av lange féringer eller tilbakeholdelsesstrenger. Retarderingspreparatene ifølge oppfinnelsen gir de ønskede pumpetider og tillater tidlig styrkeutvikling. Ved cementering av lange strenger kan dette redusere ventingen på cementherding med 8-12 timer. Retarderingspreparatene ifølge oppfinnelsen er således mere forutsibare med hensyn til bruksegenskaper enn konvensjonelle lig-nosulfatretarderingsmidler særlig, med forskjellige .merker av cement. Preparatene ifølge oppfinnelsen virker ikke bare som retarderingsmidler, men også som et dispergeringsmiddel som kan nedsette væsketap fra cementoppslemningen av geltypen eller med høyt aluminiumoxydinnhold. Når retarderingspreparatene ifølge oppfinnelsen biandes i en cementoppslemning, nedsettes viskositeten av oppslemningen litt og forblir konstant eller øker ikke i særlig grad før cementen begynner å herde. Denne forbedring i rheologi eller viskositetsegenska-per som forbedrer forutsibarheten, gjør anvendelsen av preparatene meget enklere enn ved konvensjonelle retarderingsmidler. Dessuten er retarderingspreparatene ifølge oppfinnelsen i alminnelighet ikke giftige, ikke ildsfarlige, ufarlige; forenelige med cementer, andre tilsetningsmidler og med de fleste andre brønnvæsker og blandes lett i vandige systemer med minimal omrøring. ;Det meget effektive, ikke-gelerende cement-retarderingspreparat ifølge oppfinnelsen har en høy grad av forutsibarhet for å regulere rheologi og herdetid av hydraulisk cement omfatter et lavmolekylært sulfoalkylert lignin som er betraktelig sulfoalkylert i ligninmolekylet ved stillinger på benzenringen som er i orthostilling til den fenoliske hydroxylgruppe. I sulfoalkylgruppen er sulfonsyregruppen (-S03H) forbundet til orthostillingen på benzenringen ved en methylen- eller substituert methylengruppe. Denne methylen-eller substituerte methylengruppe betegnes her som en alkylidengruppe med 1-3 carbonatomer. Denne alkylidengruppe med sulfonsyreradikalet kan betegnes med formelen -R-SO^H, hvor R er methylengruppen eller alkyldelen med 1-3 carbonatomer. ;De uventede egenskaper av dette retarderingsmiddel antaes å skyldes forskjellen i gjennomsnittlig molekylvekt eller gjennomsnittlig molekylstørrelse og molekylstruktur. Grunnlaget som viser disse forskjeller er illustrert i eksemplene som viser de uventede egenskaper. Det sulfoalkylerte lignin ifølge oppfinnelsen er et lavmolekylært materiale med en gjennomsnittlig molekylvekt eller molekylstørrelse i området på 2000 - 10 000, og fortinnsvis 3000 - 5000. Det antas også å ha en snever molekylvektsfordeling. Tidligere kjente lignosulfonatforbindelser har en molekylvekt eller molekylstørrelse på 10 000 og høyere, og sulfonatsubstituenten eller radikalet er bundet direkte på carbonatomet av ligninmolekylet som er i a-stilling i fenylpropyl-sidekjeden. Denne fenylpropyl- eller alifatiske kjede er bundet til en stilling på benzenringen som er i parastilling til den fenoliske hydroxylgruppe omtalt her. For lignosulfonat kan den fenoliske hydroxylgruppe erstattes med en alkoxygrup-pe som vist ved R^-Ph-C^ hvor R^ er fenylpropyl-sidekjeden, "Ph er fenyl- eller benzenringen, og R2 er hydrogen eller alkyl. De sulfoalkylerte retarderingspreparater ifølge oppfinnelsen har i det vesentlige alle av de sulfoalkylerte grupper (dvs. -R-SO3H) i orthostilling til den fenoliske hydroxylgruppe på benzenringen av ligninmolekylet. ;De sulfoalkylerte lignin-retarderingsmidler ifølge oppfinnelsen har ikke noen særlig grad av sulfonering ved a-carbonatomet som de tidligere kjente lignosulfonater. De sulfoalkylerte lignin-retarderingsmidler ifølge oppfinnelsen er således et helt forskjellig kjemisk preparat som det fremgår av de uventede og betydningsfulle forskjellige egenskaper vist her. De sulfoalkylerte lignin-retarderingsmidler ifølge oppfinnelsen kan betraktes som et sulfoalkylert lignin av høy renhet, lav molekylvekt med en snever molekylvektsfordeling. Dette antas å skyldes den betydelige forskjell i fremgangsmåte som anvendes ved dets fremstilling. ;Den sulfoalkylerte lignin-retarderer for preparatene ifølge oppfinnelsen kan fremstilles ved katalytisk oxydasjon av sulfittlut fra en cellulosefremstillingsprosess. Denne oxydasjon fjerner polysaccharider og tresukker og bevirker en betraktelig desulfonering av ligninmolekylet som utvinnes som et residuum. Dette rensede lignin skilles fra væsken. Det meget rene, lavmolekylære ligninmolekyl sulfoalkyleres så vesentlig ved tilsetning av sulfoneringsmiddel som natrium-sulfit i nærvær av et aldehyd eller keton med 1-3 carbonatomer ved 150 - 190° C og 180 - 220 atm. Ved denne prosess skaffer aldehydet eller ketonet alkylidengruppen som bindes i en ledig orthostilling på benzenringen i ligninmolekylet og forbinder sulfonatgruppen over en methylengruppe til benzenringen i orthostilling til den frie fenoliske hydroxylgruppe. Noen benzenringer kan ha mere enn én sulfoalkylgruppe bundet til seg og noen benzenringer har ingen sulfoalkylsub-stituenter. Svovelinnholdet av det sulfoalkylerte lignin er mellom 3 og 10 %, og fortrinnsvis 3 - 8 %. ;Denne sulfonatgruppe kan være i form av syren, et salt eller en kombinasjon derav. Saltet kan være i form av ammonium- eller metallsalt av et alkalimetall; et jordalkali-metall; eller metaller som jern, kobber, zink, vanadium, ;titan, aluminium, mangan, krom, cobolt eller nikkel; eller kombinasjoner derav. Saltene som er lett oppløselige i vandige systemer, som de av alkalimetallene, natrium og kalium, foretrekkes skjønt saltene av jordalkalimetaller og andre metaller kan anvendes under visse forhold. ;Alkyldelen av sulfonatsubstituenten er avledet av aldehydet eller ketonet anvendt i sulfoalkyleringstrinnet. Formaldehyd er en foretrukken alkylkilde fordi det ganske en-kelt forbinder sulfonatgruppen til orthostillingen ved en én-carbons methylengruppe. Aceton ville gi en alkylidengruppe med en methylgruppe på hver side av methylengruppen; methyl-ethylketon ville føre til en methyl- og en ethyl-alkylgruppe bundet til methylengruppen; og propionaldehyd ville føre til en ethylgruppe bundet til methylenbroen. Teoretisk kunne et hvilket som helst aldehyd eller keton anvendes for å danne alkylidengruppene, men stereokjemien og oppløseligheten må taes i betraktning ved valg av størrelsen og konfigurasjonen av aldehydet eller ketonet anvendt for denne komponent. Et foretrukket sulfoalkylert lignin ifølge oppfinnelsen har en molekylvekt i området fra 3000 - 4000, en alkylidengruppe med et carbonatom og et svovelinnhold på 3-8 vekt%. ;Et annet foretrukket hydraulisk cementpreparat iføl-ge oppfinnelsen kan betraktes som et lavmolekylært sulfoalkylert lignin. Dette modifiserte retarderingspreparat er en kombinasjon av det meget rene, betraktelig sulfoalkylerte lignin beskrevet ovenfor, og minst én vannoppløselig hydroxycarboxylsyre. Disse hydroxy-carboxylsyrer har en synergisk virkning til å øke effektiviteten og anvendelsestemperatur-området for det basiske retarderingspreparat. De foretrukne carboxylgrupper er i det vesentlige alifatiske carboxylsyrer og fortrinnsvis polyhydroxycarboxylsyrer med minst én ende-carboxygruppe som kan være i form av syren, et salt eller blandinger derav som beskrevet ovenfor for sulfonatgruppene. ;Særlig foretrukne polyhydroxy-carboxylsyrer har en molekylvekt i området fra 125 til 250 og har en hydroxylgruppe bundet til carbonatomet ved siden av carboxygruppen som vist ved formelen: ;Disse carboxylsyrer innbefatter gluconsyre, vinsyre og ekvivalenter derav. Disse ekvivalenter innbefatter de forskjellige stereoisomerer av ovenstående syrer særlig de asymmetriske eller optisk aktive isomerer. Den foretrukne gruppe av hydroxy-carboxylsyrer er således i det vesentlige lineære alifatiske syrer med 4-10 carbonatomer, og fortrinnsvis 4 - 8 carbonatomer. Molekylstørrelsen og antallet av hydroxy- og carboxyliske grupper vil påvirke vannoppløseligheten. Hydroxy-carboxylsyren er fortrinnsvis tilstede i det sulfoalkylerte lignin i et vektforhold av syre til lignin som fortrinnsvis er i området fra 1:0,1 - 1:5,0 og fortrinnsvis i området 1:0,2 til 1:3,0. ;De hydrauliske cementpreparater ifølge oppfinnelsen anvendes typisk i form av en vandig oppslemning av hydraulisk cement med en konsentrasjon av retarderingsmiddel blandet i den vandige oppslemning for å regulere eller forsinke cement-herdningstiden slik at den overstiger pumpetiden med en tilstrekkelig sikkerhetsmargin. Tilstrekkelig vann tilsettes, til oppslemningen til å gjøre preparatet pumpbart. Uttrykket hydraulisk cement er her typisk anvendt for å betegne en Portland-cement som herdes av vannet i oppslemningen i fravær av luft som utelukkes ved anbringelse av cementen i sonen som skal forsegles. Det lavmolekylære sulfoalkylerte lignin-retarderingsmiddel ifølge oppfinnelsen er fortrinnsvis tilstede i den vandige hydrauliske cementoppslemning i en konsentrasjon på opp til 2 %, fortrinnsvis opp til 1 %, beregnet på vekten av den tørre cement. Høyere retarderingsmiddelkonsentrasjoner og andre cementer kan anvendes når nødvendig under uvanlige forhold. Et lavskumningsmiddel tilsettes typisk og likeså væsketapstilsetninger, friksjonsnedsettende tilsetninger, salter som natriumklorid og kaliumklorid, vekt-økende tilsetninger og andre konvensjonelle tilsetninger som beskrevet i de ovenfor nevnte publikasjoner. Pozzolana-cement, høy-aluminiumoxydcement eller høy-gelcement (høyt leireinnhold) kan anvendes for spesielle formål. Det lavmolekylære sulfoalkylerte retarderingspreparat ifølge oppfinnelsen har høy reproduserbarhet og forutsibarhet når det anvendes med de fleste cementer av høy kvalitet som typisk anvendes i petroleumindustrien. Visse merker som ikke fremstilles til standardspesifikasjoner som de som ikke er tilstrekkelig kalsinert eller har varierende grad av fri kalk tilbake i cementen, vil imidlertid gi betraktelig jevne variasjoner fra merkene av standard høy kvalitet. Det er ikke klart om den frie kalk skaper problemene eller bare er en indikasjon når problemene foreligger. Disse variasjoner kan lett bestemmes ved forutgående prøver som gjør endog disse under-standardcementer lett forutsibare og kan bare kreve litt høyere retarderingsmiddelkonsentrasjoner for å motvirke varia-sjonene i kjemisk sammensetning av cementen eller overskudd av kalkinnhold. ;I en foretrukken fremgangsmåte for anvendelse av de ikke-gelerende hydrauliske cementpreparater ifølge oppfinnelsen med en viss grad av forutsibarhet for herdetid og som inneholder det meget effektive retarderingsmiddel, blandes retarderingspreparater med den hydrauliske cement som en vandig oppslemning idet retarderingsmiddelkonsentrasjonen er opp-til 2 % beregnet på vekten av tørr cement. Den hydrauliske cementblanding pumpes uten gelering inn i sonen som skal forsegles eller cementeres, og den hydrauliske cementblanding holdes i sonen inntil en tilstrekkelig trykkfasthet er oppnådd. I denne prosess er retarderingsmiddelkonsentrasjonen fortrinnsvis opp til 2 % på basis av vekten av tørr cement, beregnet til å regulere herdningstiden av den hydrauliske cementoppslemning til å overstige pumpningstiden med en tilstrekkelig sikkerhetsmargin. På grunn av den høyere effektivitet av retarderingsmidlet og den større forutsibarhet av de hydrauliske cementeringspreparater ifølge oppfinnelsen kan en del av sikkerhetsmarginen som tidligere var nødvendig for disse variasjoner, reduseres betraktelig. Sikkerhetsmarginen behø-ver nu hovedsakelig bare å sikre tid for uventede utstyrs-vanskeligheter. Denne reduksjon av sikkerhetsmargintiden eller tiden i hvilken en typisk oljeboringsrigg venter på at cementen skal herde, kan føre til en betraktelig økonomisk fordel på grunn av den høyere effektivitet og forutsibarhet av de hydrauliske cementpreparater ifølge oppfinnelsen. Det modifiserte lavmolekylære sulfoalkylerte lignin ifølge oppfinnelsen eller kombinasjonen av det sulfoalkylerte lignin med hydroxy-carboxylsyrene forbedrer effektiviteten og forutsibarheten av preparatene ifølge oppfinnelsen endog mere og anven- ;des derfor fortrinnsvis. Det basiske sulfoalkylerte lignin-retarderingspreparat ifølge op<p>finnelsen kan anvendes opp-til en temperatur (dvs. BHCT) litt over 99° C og det modifiser- ;te retarderingspreparat inneholdende hydroxy-carboxylsyrer kan anvendes opp til en temperatur på 204° C. ;Molekylvekten av den sulfoalkylerte del av prepara- ;tet ifølge oppfinnelsen bestemmes ved diffusjonsmetoder. Disse forskjeller mellom de sulfoalkylerte ligninpreparater ifølge oppfinnelsen og tidligere kjente lignosulfonater fremgår av eksemplene. ;De følgende eksempler tjener til å illustrere forskjellige utførelsesformer av oppfinnelsen og gjør det mulig for en fagmann å utføre oppfinnelsen. Deler, prosenter, for- ;hold og konsentrasjoner er angitt i vekt hvor annet ikke spe-sielt er anført. ;Prøver av calcium- (CaLS) og natrium-lignosulfonater (NaLS) og et foretrukket sulfomethylert lignin- (SML) preparat ifølge oppfinnelsen ble analysert kjemisk ved spektroskopi under anvendelse av røntgen-, infrarød- og ultrafiolett-strålingsmetoder. Prøvene ble fremstilt og analysert ved standard metoder som dem som er beskrevet i ABSORPTION SPECTROSCOPY, av Robert P. Bauman, John Wiley & Sons, Inc., ;1962. Røntgendiffraksjonen viste bare at lignosulfonatet og det sulfoalkylerte lignin var ukrystallinske. ;Kjemisk analyse viste følgende elementer i vekt: ;Svovelinnholdet av NaLS og SML ble antatt å innbe-fatte noe uorganisk svovel (f.eks. CaS04) medrevet fra kation-bytting eller sulfoneringsvæske. ;Ultrafiolett (UV) metode som sveipet 190 - 360 nm for både NaLS og SML, viste en hovedtopp ved ca. 202 - 205 nm med skulder eller avtagende topper ved ca. 230 og 310 - 320 nm. Prøvene var i vann ved en konsentrasjon på 0,02 g/l og ble kjørt i én cm banelengdecelle. ;Den infrarøde (IR) transmitteringssveipning fra ;2,5 til 30 ym eller 300 - 400 cm <1> viste topper ved de følgen-de bølgelengder (X) i cm ^: NaLS: 3440; 2940; 2840<*>; 1590; 1495; 1450; 1415; 1250X;

1200; 1140X; 1035; 930X; 640 og 590.

SML : 3440; 2940; 2840; 1675; 1590; 1495; 1450; 1415;

1355; 1250X; 1200; 1140X; 1070; 1035; 930X; 850;

775; 735; 590 og 525.

De stjernemerkede verdier (<x>) er skuldertopper eller topper som er ikke særlig tydelige. Prøvene for IR-sveiping ble knadd i NUJOL-mineralolje og anvendt mellom saltplater.

Eksempler

For de følgende eksempler ble hver prøve fremstilt ved å måle en 800 g porsjon av den angitte tørre cement i en sylindrisk beholder av ca. 800 ml volum. Tørre eller pulveriserte tilsetningsmidler er angitt som en prosent av vekten av den tørre pulveriserte cement hvor annet ikke er angitt.

Tørre pulveriserte tilsetninger ble målt og blandet med cement. En del av springvannet lik vektprosenten av den tørre cement oppslemmes med den tørre cement og tilsetnings-midlene under kraftig blanding. Oppslemningen omrøres i ytterligere 30 sekunder med høy hastighet. De flytende tilsetninger blandes i vannet. Prøvene ble undersøkt i henhold til standard-metoder angitt i API Method RP-10B.

For tykningstidsprøver omrøres en prøveporsjon i en beholder på ca. 500 ml ved et temperatur- og trykkskjerna bestemt ved API Method RP-10B. Beholderen oppvarmes fra den omgivende temperatur under trykk. Den har et direkte avles-bart konsistometer som er kalibrert med en potensiometer-kalibreringsanordning for direkte avlesning i konsistensenheter (API-RP-10B). Herdetiden eller herdingspunktet er tiden eller punktet ved 70 enheter for konsistens eller viskositet.

API Method RP 10B gir følgende skjema for borehull-sirkuleringstemperatur (BHCT) og bunnhull-statisk temperatur (BHST) ved de angitte dybder:

Væsketap er det antall ml væske som trenges gjennom et nr. 50 Whatman filtrerpapir eller gjennom en 325 mesh sikt i henhold til API publikasjon RP-10B (Section 8). Økning av retardererkonsentrasjonene fører til til-svarende økning i fortykkelsestid inntil et metningspunkt nåes. Over dette punkt fører små økninger i retardererkonsentrasjo-nen til store økninger i fortykningstider.

Ved høyere temperaturer er oppslemninger inneholdende den konvensjonelle retarderer tilbøyelig til å danne upump-bare tunge geler før utvikling av trykkfasthet av betydning, men anvendelsen av den sulfomethylerte forbindelse ga oppslemninger som var vel dispergert inntil endelig herding av cementen var erholdt. Dette er illustrert i tabell II som angir herdningstid og prosent tilsatt retarderer for både fersk-vanns- og saltvannsoppslemninger inneholdende enten det kom-mersielt tilgjengelige calciumsalt av lignosulfonat eller natriumsaltet av den nye sulfomethylerte forbindelse. Som anmerket i tabellen var mange av oppslemningene inneholdende calciumsaltet tilbøyelig til å danne tunge geler (dvs. oppslemningen ble upumpbar og ble således ansett for å være herdet når viskositeten når 70 konsistensenheter selv om den kan være gelert uten noen trykkfasthet på det tidspunkt); dette fører til en uregelmessig avhengighet av herdningstid på retarderings-middelkonsentras jonen. Eksempelvis fører, i ferskvannsopp-slemninger, økninger i retarderingsmiddelkonsentrasjonen over ca. 0,4 % (Tabell II) til nedsettelse istedenfor den ventede økning i herdningstider. Denne virkning er ikke funnet for den nye forbindelse som viser en rimelig herdningstidsøkning etter som retarderingsmiddelkonsentrasjonen økes både i fersk-vann- og saltvannoppslemninger.

Forutsibar oppførsel fra en cement til en annen

Ved konstant konsentrasjon av det nye retarderende herdemiddel fåes rimelig overensstemmende herdningstider for oppslemninger inneholdende cementer fremstilt av forskjellige fabrikanter (Tabell III). Dette står i motsetning til de lignende resultater for calcium-lignosulfonat som varierer sterkt fra en cement til en annen.

Lavere temperaturer

Trykkfasthet

Trykkfasthetsprøvene ble utført på oppslemninger inneholdende calcium-lignosulfonat eller sulfomethylert lignin. Cementen anvendt i disse prøver var "Lone Star Class H". I disse forsøk ble anvendt oppslemninger inneholdende retarderingsmiddel til å gi fire timers pumpetider på et 3660 m "casingskjerna". Disse oppslemninger ble pumpet i 2 timer ved et 3660 m "casingskjema" og anbragt i autoklaver ved fire forskjellige temperaturer for å simulere de virkelige betingelser som møtes fra toppen til bunnen av en cementsøyle i en brønn. Trykkfasthetene ble så bestemt etter 8, 12 og 24 timer i henhold til API publikasjon RP-10B (Section 6). Etter 8 timer hadde oppslemningene inneholdende lignosulfonat ikke herdet ved de lavere temperaturer. Oppslemningene inneholdende sulfomethylert lignin var imidlertid alle herdnet med båraktelige trykkfastheter. De sulfomethylert ligninholdige oppslemninger viste jevnt hurtigere styrkeutvikling under disse prøver.

Sulfomethylert lignin virker i gel-cementoppslemninger som et dispergeringsmiddel og væsketapstilsetning. Tidligere var to forskjellige retarderingsmidler nødvendige, ett for ikke-gel-oppslemninger som var calcium-lignosulfonat og et annet for gel-oppslemninger som var calcium-natrium-lignosulfonat.

Forskjæring med vinsyre

Herdetider erholdt med sulfomethylert lignin kan forlenges ved tilsetning av borsyre eller et vannoppløselig salt av borsyre (f.eks. salter av ammoniakk, alkali- eller jordalkalimetaller). Denne forlengelse gjør det mulig å an-vende den sulfomethylerte lignin-retarderer ved høyere temperaturer. Eksempler på ekstendere av denne type er:

(1) Borsyre,

(2) Na2B407 • 10 H20 (Boraks),

(3) Na2B50g • 5 H20, (4) KB5Q8 • 4 H20,

(5) Li^Og • 5 H20,

(6) NaB02 • 4 H20,

(7) lignende forbindelser og blandinger derav.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte ved cementering ved en forhøyet temperatur av en sone som gjennomtrenges av et-brønnborehull under anvendelsen av et ikke-gelerende hydraulisk cement-retarderingspreparat med en høy grad av forutsibarhet for å regulere rheologien og herdetiden, inneholdende et sulfitvæskelignin og eventuelt en carboxylsyre, karakterisert ved at en vandig oppslemning av hydraulisk cement blandes med inntil 2 vekt%, beregnet på tørr cement, av et retarderingsmiddel be-stående av et lavmolekylært sulfoalkylert. lignin hvor konsentrasjonen av retarderingsmiddel er beregnet for å regulere herdetiden av den hydrauliske cement til å overstige pumpningstiden, hvor det sulfoalkylerte lignin har en molekylvekt i området 2.000 — 10.000, og er vesentlig sulfoalkylert på benzenringen av ligninmolekylet i ortho-stilling til den frie fenoliske hydroxygruppe, og sulfonatgruppen er bundet til ortho-stillingen ved en alkylidengruppe med 1-3 carbonatomer, at den hydrauliske cementblanding pumpes inn i den nevnte sone og holdes i denne sone inntil en høy trykkfasthet er oppnådd.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at der anvendes et retarderingsmiddel som foruten det lavmolekylære sulfoalkylerte lignin også inneholder minst én vannoppløselig hydroxycarboxylsyre, idet vektforholdet av syre til lignin er i området av 1:0,1 - 1:5,0, og hvor den nevnte carboxylsyre er en i det vesentlige lineær alifatisk syre med minst én endecarboxylgruppe i form av syre, salt eller blandinger derav.

3. Cement-retarderingspreparat med en høy grad av forutsibarhet for å regulere rheologi og herdetid av hydraulisk cement, karakterisert ved at det innbefatter minst én vannoppløselig hydroxycarboxylsyre og et lavmolekylært sulfoalkylert lignin med en gjennomsnittsmolekylvekt i området 2.000 - 10.000, hvor ligninet er i det vesentlige sulfoalkylert i ortho-stillingen til den frie fenoliske hydroxylgruppe på benzenringen av ligninmolekylet, og hvor sulfonatgruppen er i form av syre, salt eller kombinasjoner derav og er bundet til ortho-stillingen over en alkylidengruppe med 1-3 carbonatomer.

4. Cement-retarderingspreparat ifølge krav 3, karakterisert ved at carboxylsyren er en i det vesentlige alifatisk syre med 4-10 carbonatomer, hvor minst én ende-carboxylgruppe er i form av syren, saltet eller en kombinasjon derav, og hvor sulfonatgruppen inneholder 3-8 vekt% svovel.

5. Cement-retarderingspreparat ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at det inneholder minst én vannoppløselig polyhydroxy-carboxylsyre, og vektforholdet av syre til lignin er i området 1:0,1 - 1:5.

6. Cement-retarderingspreparat ifølge krav 3-5, karakterisert ved at den gjennomsnittlige molekylvekt av det sulfoalkylerte lignin er fra 3.500 til 4.500.