NO173820B - Fremgangsmaate for sementering av en ledning som gjennomtrenger en jordformasjon - Google Patents

Abstract

Det beskrives sementerlngsblandinger med forbedrede væsketapsegenskaper for bruk i olje-, gass-, vann- og andre brønn-sementeringsoperasjoner. Disse blandingene omfatter vann, hydraulisk sement og et væsketapsaddltlv omfattende en hovedkjede av llgnin, lignltt, derlvatlsert cellulose og forskjellige syntetiske polymerer valgt fra gruppen bestående av polyvlnylalkohol, polyetylenoksyd, polypropylenoksyd og poly-etylenlmln.odede, pendante grupper omfatter minst en forbindelse valgt fra gruppen av homopolymerer, kopolymerer og terpolymerer av 2-akrylamldo-2-metylpropan-sulfonsyre, akrylonitrll, N,N-dimetylakryl-amld, akrylsyre, N,N-dialkylamlnoetyl-metakrylat og deres salter. Hovedkjeden omfatter fra ca. 5 til ca. 95 vekt-56 av podepolymeren og de pendante gruppene kan omfatte fra ca. 5 til ca. 95 vekt-* av podepolymeren.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår fremgangsmåte for sementering av en ledning som gjennomtrenger en jordformasjon. Mer spesielt gjelder oppfinnelsen innblanding av en podepolymer fremstilt ved polymerisasjon av monomerer eller salter av monomerer av N,N-dimetylakrylamid, 2-akrylamido-2-metylpro-pansulfonsyre og akrylonitril med en lignin- eller lignitt-eller en annen hovedkjede i en hydraulisk sement som kan inneholde "betydelige sal tkonsentras joner for det formål å redusere væsketap under sementeringsoperasjoner.

Visse polymerforbindelser har lenge vært kjent av fagmannen på området sementering av brønner i petroleumindustrien som sementeringsadditiver som er anvendbare for redusering av væsketap fra en oppslemming av sement og vann til omgivel-sene, som f.eks. formasjoner. Disse forbindelsene refereres vanligvis til som "væsketapsadditiver".

Diskusjoner når det gjelder bruken av væsketapsadditiver i brønnsementeringsblandinger og deres betydning kan finnes i følgende artikler: A. Carter, Greg og Slagle, Knox, "Å Study of Completion Practices to Minimize Gas Communication", Society of Petroleum Engineers Paper nr. 3164, november 1970; B. Christian W. W., Chatterji, Jiten og Ostroot, Warren, "Gas Leakage in Primary Cementing - Å Field Study and Laboratory Investigation", Society of Petroleum Engineers Paper nr. 5517, oktober, 1975; C. Cook, C. og Cunningham, W., "Filtrate Control: Å Key in Successful Cementing Practices", Journal of Petroleum Technology, august 1977, side 951; D. Smith, Dwight, Cementing: SPE Monograph Volume 4, publisert av Millet the Printer, Inc., Dallas, Texas, 1976.

Et eksempel på et væ ske tap sadd i ti v for bruk i en surgjørende eller frakturerende blanding finnes i US patent 4.107.057. I dette patentet anvendes en kopolymer av et sulfonsyre-modifisert akrylamid og et polyvinyltverrbindingsmiddel.

På oljebrønnsementeringsområdet er en rekke polymerer beskrevet som anvendbare væsketapsadditiver for hydrauliske oljebrønnsementer. US patent 4.015.991 beskriver eksempelvis et slikt væsketapsadditiv for en hydraulisk sementoppslemming bestående av hydrolyserte kopolymerer av akrylamid (AM) og 2-akrylamido-2-metylpropansulfonsyre (AMPS®). Disse AM/AMPS®-kopolymerene er imidlertid bare brukbare i operasjoner hvor sirkulasjonstemperaturen i bunnhullet (BHCT) varierer fra 32 til 52°1C, mens BHCT-områder som forekommer i slike operasjoner ofte er utenfor dette området. Disse kopolymerene har dessuten en salttoleranse på bare opptil ca. 10 vekt-# vann.

Temperaturbegrensningene til AM/AMPS®-kopolymerene, dvs. tap av brukbarhet over ca. 52°C BHCT, antas å være resultatet av hydrolyse av amidgruppene. De karboksylatgrupper som dannes ved denne hydrolysen, omdanner kopolymerene til materialer som fungerer slik at de forsinker herdingen av sementen og reduserer trykkfastheten til den herdede sementen. I den nedre delen av det ovenfornevnte temperaturområdet (mellon 32 og 38°C) er AM/AMPS® mindre effektiv som et væsketapsadditiv, og krever tilførsel av større mengder av dette additivet enn ved høyere temperaturer. Tilførselen av tilstrekkelig store mengder av additiv for å skape en godtagbar væsketapsblanding skaper ofte viskositets- og pumpbarhetsproblemer, siden til-setningen av en slik polymer direkte påvirker reologien til den resulterende oppslemmingen. Kopolymerer av akrylamid og AMPS® oppviser høy viskositet og dårlig blandbarhet, og resulterer i sementoppslemminger med dårlige pumpbarhets-egenskaper under sementeringsoperasjoner. Blandbarhet er et subjektivt uttrykk som anvendes for å beskrive hvor godt bestanddelene i sementblandingen fukter og blandes med hverandre, så vel som den energi som kreves for å skape en generelt homogen oppslemming.

Industrien ønsker et væsketapsadditiv som har så liten virkning på trykkfastheten, herdetiden, viskositeten og fortykningstiden som mulig, er salttolererbar, dvs. at det ikke oppviser betydelig tap av effektivitet i nærvær av salt og er kjemisk stabilt under sementeringsoperasjoner. Et slikt ønsket væsketapsadditiv skal dessuten være forenlig med så mange andre additiver og omgivelsesbetingelser som mulig, skal være oppløselig i sementoppslemminger ved normale om-givelsestemperaturer som forekommer i oljebrønnsementerings-operasjoner, så vel som fortsette å tilveiebringe væsketapsegenskaper over et bredt temperaturområde og ved det høye pH i sementeringsblandinger.

US patent 4.515.635 beskriver bruken av kopolymeer av N,N-dimetylakrylamid (NNDMA) og AMPS® med monomerforhold mellom NNDMA og AMPS® på 1:4 til 4:1 og valgte molekyl vekter som væsketapsadditiver for sementblandinger. Som illustrert i patentet gir imidlertid ikke kopolymeren ønskede nivåer av væsketapsregulering selv ved relativt høye konsentrasjoner til sementer som inneholder betydelige saltkonsentrasjoner.

Det ville være ønskelig å benytte additiver for redusering av væsketap i sementblandinger, og spesielt de som inneholder betydelige saltkonsentrasjoner hvor sirkuleringstemperaturene i bunnhullet kan variere fra 38 til over 204°C uten på uheldig måte å påvirke fortykningstiden, trykkfastheten eller andre egenskaper hos sementblandingen.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en fremgangsmåte for sementering av en ledning som trenger gjennom en jordformasjon ved å innføre en sementeringsblanding i rommet mellom ledningen og formasjonen, og denne fremgangsmåten er kjennetegnet ved at det anvendes en sementeringsblanding som omfatter: sement;

en vandig væske, og

et væsketapsadditiv omfattende en podepolymer omfattende en hovedkjede omfattende minst en forbindelse valgt fra gruppen bestående av lignin, lignitt, derivatisert cellulose, polyvinylalkohol, polyetylenoksyd, polypropylenoksyd, polyetylenimin og deres salter og en podet, pendant gruppe omfattende minst en forbindelse valgt fra gruppen bestående av 2-akrylamido-2-metylpropansulfonsyre, akrylonitril, N,N-dimetylakrylamid, akrylsyre, N,N-dialkylamino-etylmetakrylat hvor alkylradikalet omfatter minst en radikal valgt fra gruppen bestående av metyl-, etyl-og propylradikaler.

Hovedkjedeforbindelsen omfatter fra 5 til 95 vekt-# av podepolymeren og de pendante gruppene omfatter fra 5 til 95 vekt-# av podepolymeren.

I en foretrukken form av væsketapsadditivet omfatter hovedkjeden fra 20 til 40 vekt-# av podepolymeren og de pendante gruppene omfatter 2-akrylamido-2-metylpropansulfonsyre, akrylonitril og N,N-dimetylakrylamid i et molforhold på fra 1:0:0 til 3:3:1.

Polymerene og saltene av polymerene som omfatter det væsketapsadditiv som anvendes i foreliggende oppfinnelse, er relativt stabile mot hydrolyse over et bredt område av temperatur og pH. Slike polymerer og salter av kopolymerene kan innblandes i fast form til en hvilken som helst tørr, hydraulisk oljefeltsement eller kan tilsettes på den tid sementoppslemmingen fremstilles, enten til blandevannet eller til oppsiemmingen.

Sementeringsblandingene som anvendes i foreliggende fremgangsmåte består som nevnt av vann, hydraulisk sement, en podepolymer med en hovedkjede omfattende lignin eller lignitt og pendante grupper omfattende homopolymerer, kopolymerer eller terpolymerer av minst en forbindelse valgt fra gruppen bestående av 2-akrylamido-2-metylpropansulfonsyre (heretter referert til som "AMPS®", et registrert varemerke for The Lubrizol Corporation), akrylonitril (heretter referert til som "ACN"), N,N-dimetylakrylamid (heretter referert til som "NNDMA"), akrylsyre (heretter referert til som "AA"), N,N-dimetylaminoetylmetakrylat (heretter referert til som "DMAEMA") og deres salter. Hovedkjeden kan også omfatte derivatisert cellulose, polyvinylalkohol, polyetylenoksyd, polypropylenoksyd og polyetylenimin.

Hovedkjeden i podepolymeren omfatter fra 5 til 95 vekt-Sé av væsketapsadditivet på tørr basis. Fortrinnsvis omfatter hovedkjeden fra 10 til 50 og, mest foretrukket, fra 20 til 40 vekt-# av væsketapsadditivet på tørr basis. De pendante gruppene kan omfatte fra 5 til 95 vekt-# av væsketapsadditivet på tørr basis. Fortrinnsvis omfatter de pendante gruppene fra 50 til 90 og, mest foretrukket, fra 60 til 80 vekt-# av væsketapsadditivet på tørr basis.

Nevnte pendante grupper velges fortrinnsvis fra gruppen av AMPS®-, ACN- og NNDNA-polymerer idet molforholdet mellom AMPS®- og ACN-polymerene er i området på fra 1:0 til 1:1, og AMPS®: NNDMA er i området på fra 1:0 til 6:1. Når salt foreligger i den vandige væsken som sementen fremstilles med eller foreligger i det området som sementen kommer i kontakt med, er AMPS®:ACN:NNDMA-molforholdet fortrinnsvis i området på fra 1:0:0 til 3:3:1 og, mest foretrukket, i området på fra 3:2:1 til 3:3:1. Mange salter av podepolymerene kan fremstilles. De foretrukne saltene fremstilles ved nøytrali-sasjon av syreformen av AMPS®-monomeren eller kopolymerene med et alkalisk middel som f.eks. en kilde for natrium-, kalsium-, magnesium-, ammonium-ioner eller lignende. Slike alkaliske midler kan omfatte f.eks. natriumhydroksyd, kalsiumhydroksyd, ammoniumhydroksyd, magnesiumhydroksyd o.l.

Mengden av hver pendantgruppepolymer som er til stede i væsketapsadditivet, vil avhenge av mengden av salt som er til stede, det temperaturnivå som blir aktuelt, reologiske over-veielser, den gjennomsnittlige molekylvekten til de polymerer og andre additiver som er til stede.

De enkelte, pendante gruppene som utgjør bestanddeler i væsketapsadditivet er generelt effektive til å redusere væsketap i ikke-saltholdige sementeringsblandinger. Oppførselen til de forskjellige bestanddelene i additivet er imidlertid meget forskjellige i saltholdige sementeringsblandinger .

De pendante gruppene som utgjør bestanddeler i væsketapsadditivene ifølge foreliggende oppfinnelse, er generelt ineffektive for enkeltvis å redusere væsketap selv ved høye konsentrasjoner fra saltholdige sementeringsblandinger. De oppviser imidlertid en overraskende evne i kombinasjon til vesentlig å redusere væsketap fra saltholdige sementblandinger. Denne reduksjonen av væsketap fra sementblandinger er betydelig større enn en additiv effekt som de forskjellige forbindelsene som omfatter væsketapsadditivet kan forårsake, selv når de anvendes ved betydelig større enkeltkonsen-trasjonsnivåer når de blandes med sement, og dette er totalt uventet.

Væsketapsadditivene inneholdende pendante grupper bestående av AMPS®, ACN og NNDMA er effektive til å redusere væsketap fra sementeringsblandinger inneholdende over ca. 10% salt i vekt av vann. Væsketapsadditivene er spesielt effektive til å redusere væsketap ved forhøyede temperaturer, dvs. generelt over 52°C fra sementeringsblandinger som inneholder over 118$ salt i vekt av vann opp til mettet saltkonsentrasjonsnivå. Væsketapsadditivet blandes med sementen i en mengde på fra 0,25 til 5 vekt-# av sementen. Væsketapsadditivet blandes fortrinnsvis med sementen i en mengde på fra 0,5 til 1,5$. Når den vandige væsken som anvendes for å fremstille sementen omfatter i det vesentlige ferskvann, ligger konsentrasjonen fortrinnsvis i området på fra 0,5 til 1 vekt-# av sementen. Når salt er til stede, er væsketapsadditivet fortrinnsvis til stede i en mengde på fra 1,0 til 1,5 vekt-5é av sementen. Mens det skal forstås at større mengder av væsketapsadditiv kan anvendes, er en slik bruk økonomisk uønsket.

Sementeringsblandingene som anvendes i foreliggende fremgangsmåte er anvendbare i olje-, gass- og vannbrønnsemen-teringsoperasjoner, siden disse blandingene har redusert væsketap til den omgivende formasjon. Slike blandinger anvendes for å sementere en ledning som trenger gjennom en permeabel jordformasjon ved å innføre denne blandingen i rommet mellom denne ledningen og denne formasjonen og tillate blandingen å herdes.

Podepolymerene og podepolymersaltene som anvendes i foreliggende oppfinnelse, kan fremstilles ifølge forskjellige vel-kjente friradikalteknikker. Slike metoder er eksempelvis beskrevet i teksten med tittelen Block and Graft polymer av William J. Burland og Allan S. Hoffman, forlagsrett 1960 eller Graft Copolymers av H. A. J. Battaerd og G. W. Tregear, forlagsrett 1967, som inntas her som referanse. De initiato-rer som anvendes i kjedeoverføringsreaksjoner for å fremstille podepolymerene som benyttes foreliggende oppfinnelse, kan omfatte i det vesentlige hvilke som helst av de redokspar som er kjent for å reagere med karbonatomer som bærer heteroatomer, eller med heteroatomer av nitrogen, oksygen eller svovel som er til stede f.eks. i den lignitt som kan utgjøre hovedkjeden. Mens forskjellige ceriumsalter og andre forbindelser er anvendbare for å gjennomføre den friradikal-initiering som er nødvendig for å fremstille forbindelsene som benyttes i foreliggende oppfinnelse, er det anvendt et redokssystem av kaliumpersulfat og kaliumbisulfitt ved fremstillingen av de forskjellige lignittpodepolymerene. Initiatoren for de polymere hovedkjedene omfattet et ferrosalt med hydrogenperoksyd. Det spesielle oppløsnings-middel som ble anvendt i polymerisasjonsreaksjonene, var vann. Slik det er velkjent for fagmannen, kan imidlertid et hvilket som helst annet oppløsningsmiddel som vil solubili-sere reaktantene i en rimelig grad, også anvendes. Mens det ikke er nødvendig for å gjennomføre podedannelsen, er det ønskelig med fjerning av eventuelt fritt oksygen i oppløs-ningsmiddelet for å forbedre produktutbyttene. Fritt oksygen kan fjernes f.eks. ved å boble nitrogengass gjennom oppløs-ningen av reaktantene i en periode på ca. 1 time eller mer, ved hvilken tid nitrogenet effektivt vil forflytte eventuelt oppløst oksygengass i oppløsningen. Reaksjonen kan gjennom-føres over et bredt temperaturområde, idet øket temperatur generelt akselererer reaksjonshastigheten. Temperaturen ved reaksjonen kan eksempelvis være i området på fra 40°C til den temperatur ved hvilken oppløsningsmiddeltilbakeløp oppnås. Tilfredsstillende reaksjoner med lignitthovedkjede ble funnet å inntre ved en temperatur på ca. 60°C.

Lignitten, som kan omfatte brunkull, oksydert lignitt som f.eks. leonarditt eller hvilket som helst annet kull av lav grad som oppstår ved forandring av vegetabilsk materiale, prepareres for reaksjonen med de forskjellige polymerene ved behandling med kaustisk middel eller lignende. Behandlingen gjennomføres ved å bringe lignitten i kontakt med kaustiske alkali- eller vandige ammoniakkoppløsninger som oppløser eller dispergerer en del av lignitten i oppløsningen. Opp-løsningen kan så separeres fra de gjenværende faststoffene ved filtrering eller lignende. Oppløsningen kan konsentreres for å øke lignittinnholdet eller anvendes direkte i podepolymer i sasj onsreaksj onen.

Mens den nøyaktige naturen av podepolymerisasjonen av lignitt og lignin er ukjent, antas det at de forskjellige monomerene reagerer ved heteroatomet, og hydroksylstiIlingene som foreligger på hovedkjedeforbindelsen for å danne podepolymerer inneholdende forskjellige monomerer på en randomisert måte. Overraskende er det funnet at de heste resultatene oppnås når AMPS®-, ACN- og NNDMA-monomerene alle blandes med hovedkjedeforbindelsen før initiering av polymer!sasjonsreaksjonen, når det er ønsket å fremstille et væsketapsadditiv som oppviser signifikant salttoleranse i sementblandingen.

Saltene av de forskjellige podepolymerene kan fremstilles ifølge de forskjellige vel kjente teknikkene. Saltet kan eksempelvis fremstilles ved reaksjon mellom et alkalisk middel og enten AMPS®-monomeren eller en annen polymer før polymerisasjonen eller etter. Saltet kan dannes med et hvilket som helst alkalisk middel som ikke på uheldig måte reagerer med monomerene i polymeren eller de andre tilstede-værende bestanddelene i sementeringsblandingen.

Uttrykket "lignitt" slik det brukes her med henvisning til podepolymeren, betyr de vannoppløsleige eller -dispergerbare produktene som oppstår ved behandlingen av en kilde for lignittmateriale med kaustiske eller vandige ammonium-oppløsninger.

Uttrykket "lignin" slik det anvendes her med henvisning til podepolymeren, betyr de vannoppløselige eller —dispergerbare produktene eller derivatene som oppstår ved behandlingen av en kilde for ligninmateriale med et kaustisk middel, sulfit-ter eller sulfater, eller ved alkalisk oksydasjon, som f.eks. lignosulfonat og lignende fremstilt ved hjelp av de vel kjente fremgangsmåtene for fremstilling av papirmasse.

Uttrykket "sement" slik det brukes her, er ment å omfatte de forbindelser av en sementaktig natur som er beskrevet som hydrauliske sementer. Slike forbindelser omfatter f.eks. portlandsement generelt og spesielt portlandsementer av API klasser G og H, selv om andre API klasser kan anvendes, pozzolansementer, gipssementer, sementer med høyt aluminium-oksydinnhold, sementer med høyt leireinnhold, silikatholdige sementer og sementer med høy alkalinitet kan benyttes i forskjellige anvendelser. Portlandsementer og spesielt sementer av API klasser G og H er foretrukket.

Den vandige væsken som anvendes i sementblandingen, kan være vann fra en hvilken som helst kilde forutsatt at den ikke inneholder et overskudd av noen forbindelse som påvirker stabiliteten til sementblandingen ifølge foreliggende oppfinnelse. Den vandige væsken kan inneholde forskjellige salter som f.eks. natriumklorid, kaliumklorid, kalsiumklorid, o. 1.

Andre typer av vel kjente og konvensjonelle additiver kan også innblandes i sementblandingen for å modifisere blandin-gens egenskaper. Slike additiver omfatter ytterligere væsketapsadditiver eller viskositetsøkende midler, retarde-rende midler, akseleratorer, dispergeringsmidler, vektjuste-rende materialer eller fyllstoffer o.l.

Ytterligere væsketapsadditiver som kan innblandes i den benyttede sementblandingen omfatter cellulosederivater, som f.eks. karboksymetylhydroksyetylcellulose, hydroksyetyl-cellulose, modifiserte polysakkarider, polyakrylamider, polyaromatiske sulfonater, guargummiderivater, blandinger av slike forbindelser o.l. Mange andre forbindelser som kan anvendes som ytterligere væsketapsadditiver er vel kjente for fagmannen innenfor sementeringsteknologien.

Et retarderingsmiddel kan anvendes i sementeringsblandingen når sirkulasjonsteemperaturen i bunnhullet overstiger 38°C. Retarderingsmidler som er tilfredsstillende for bruk i foreliggende oppfinnelse, omfatter de kommersielt tilgjengelige produkter som vanligvis anvendes som retarderingsmidler. Eksempler på retarderingsmidler som kan anvendes for å utføre oppfinnelsen, omfatter lignosulfonater, som f.eks. kalsium-lignosulfonat og natriumlignosulfonat, organiske syrer som f.eks. vinsyre og glukonsyre og blandinger derav. Den nød-vendige mengde retarderingsmiddel vil variere avhengig av sirkulasjonstemperaturen i bunnhullet og variasjoner i sammensetningen av selve sementen. Den riktige mengde retarderingsmiddel som er nødvendig i et hvilket som helst spesielt tilfelle, skal bestemmes ved å kjøre en "fortykningstid"-test for den spesielle konsentrasjon av retarderingsmiddel og sementblanding som brukes. Slike tester skal kjøres overensstemmende med de fremgangsmåter som er fastfastt ved API SPEC 10. Generelt sett defineres "fortykningstid" i API SPEC 10 som den forløpte tid fra den tid pumpingen begynner inntil sementen når fra 70 til 10 konsistensenheter. I de fleste anvendelser vil mengden retarderingsmiddel dersom det er nødvendig med et slikt, ikke overstige mer enn ca. 5,0 vekt-# av sementblandingen. Dispergeringsmidler kan anvendes for å gjøre det lettere å bruke lavere mengder vann og å fremme høyere herdet sement-styrke. Friksjonsreduseringsmidler som fremmer friere bevegelse av den uherdede blandingen, og muliggjør lettere pumping gjennom ringen dersom den forekommer, kan innblandes i oppslemmingen i mengder opp til flere vekt-# av tørr sement. Noen additiver med dobbelt funksjon, som f.eks. lignosulfonater som fungerer både som dispergeringsmiddel og som et herdetidsretarderingsmiddel, kan innblandes i oppslemmingen når deres bruk vil være fordelaktig for visse sementeringssituasjoner.

Akseleratorer, som f.eks. de oppløselige, organiske saltene i tillegg til kalsiumklorid, kan anvendes opp til ca. 8 vekt-56 av sementen.

Sementblandingen kaan også omfatte, i spesielle anvendelser, skummemidler eller av skumm i ngsm i d1er som omfatter forskjellige anioniske, kationiske, ikke-ioniske og andre overflateaktive forbindelser. Mengden av slike overflateaktive forbindelser som tilsettes til sementblandingen, vil typisk være i området på fra 0,1 til 3 vekt-# av sementen. Generelt vil valget av slike additiver være innenfor dyktigheten til fagmannen innen sementteknologi.

Av de forsskjellige typer av fint aggregat eller partikkel-formige fyllstoffmaterialer som kan anvendes, kan flyveaske, silisiumoksydmel, fin sand, diatoméjord, lettvektsaggregat og hule kuler siteres som typiske. Bruken av disse materialene er vel kjent på fagområdet, og så lenge de er forenlige med de ifølge oppfinnelsen benyttede blandingene kan de anvendes innenfor et bredt konsentrasjonsområde.

For å illustrere de enestående fordelene ved fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse gis følgende eksempler.

Eksempel I

En rekke materialer ble testet som potensielle væsketapsadditiver for sementer, inkludert forskjellige podepolymerer ifølge oppfinnelsen. Disse testene ble utført ved 52°C ved bruk av sementoppslemminger omfattende sement av klasse H, 0,25 vekt-# avskumningsmiddel omfattende tri-n-butylfosfat av sementen, 1 vekt-# væsketapsadditiv av sementen, og 46 vekt-# vann av tørr sement. De forskjellige indentifiserte additivene i den følgende tabellen blir blandet til sementoppslemminger i et atmosfærisk konsistomener som ble forhånds-oppvarmet til testtemperaturen og omrørt i 20 min. Det atmosfæriske konsistometeret er en innretning uten trykk som simulerer en sementeringspumpeprosess via bevegelse av konsistometerkannen rundt en rørearm. Temperaturen kan varieres, men trykket er atmosfærisk. Væsketap måles så ved 70,3 kg/cm<2> gjennom en 325 mesh sikt av US sikt serien i cm<3>/30 min. Den forannevnte testfremgangsmåten er mer full-stendig angitt i API Spee 10, 2. utgave, 15. juni, 1984, med tittelen API Specification for Materials and Testing for Well Cements som inntas her som referanse. Resultatene av disse væsketapstestene er angitt i tabell I. Testresultatene i tabell I indikerer at visse blandinger av polymerer er effektive væsketapsadditiver under statiske betingelser ved 52°C. Dersom et materiale er ineffektivt ved en lav temperatur, er det generelt enda mindre effektivt ved mer forhøyede temperaturer.

Eksempel II

Testfremgangsmåten fra eksempel I gjentas for testing av visse materialer omfattende upodede lignitter og lignitter som er podet med AMPS®, ACN eller DMA som potensielle væsketapsadditiver for sementer som kan inneholde betydelige saltkonsentrasjoner. Disse testene er utført ved 52°C ved bruk av sementoppslemminger omfattende sement av klasse H, 38 vekt-# vann av sementen og 1 vekt-# væsketapsadditivprøve av sementen.

Resultatene i tabell II indikerer at visse fyllblandinger av pendante polymerer er effektive væskeetapsadditiver under statiske betingelser i ferskt vann og saltholdige sementer.

Eksempel III

Testfremgangsmåten fra eksempel I gjentas for forbindelsene fra eksempel II ved 88°C ved bruk av sementoppslemminger omfattende sement av klasse H, 35 vekt-% partikkelformig silisiumoksyd av sementen, 0,5 vekt-# retarderingsmiddel av sementen, 38 vekt-# vann av sementen og 1 vekt-# potensielt væsketapsadditiv av sementen.

Resultatene av testene er angitt i tabell III.

Resultatene fra tabellene II og II indikerer klart fordelene med å pode polymersidekjeder på forskjellige hovedkjeder. Bruken av lignitt som en hovedkjede i væsketapsadditivet er spesielt fordelaktig siden væsketapskontroll oppnås over et bredt område av ionestyrker i væskene og tilfredsstillende sementoppslemminger kan fremstilles fra sjøvann som letter sementeringsoperasjoner offshore.

Eksempel IV

Undersøkelser av densitetssegregasjon og fritt vann ble ut-ført på en del av sementoppslemmingene fra eksempel III for å bestemme mengden fritt vann som dannes og partikkelavsetning etter en henstandsperiode på 2 timer. Oppslemmingsprøven blandes på konsistometeret i 20 min. og helles direkte i en gradert sylinder på 250 ml. Prosent fritt vann og avsetning av oppslemmingen ble målt etter 2 timer. Prøvenummeret til-svarer prøvenummeret for det additiv som er testet i eksempel

III.

I oljebrønnsementeringsoperasjoner er det viktig at frie vannverdier som definert i API Spee 10, 2. utgave, 15. juni 1984, tidligere angitt, hvis beskrivelse inntas her som referanse, holdes på lave verdier. Betydningen av denne parameteren er diskutert i et arbeid av Wester, W. W. og Eitkers, J. V. med tittel "Flow After Cementing: A Field and Labaratory Study", Society of Petroleum Engineers Paper nr. 8259, september 1979, hvis beskrivelse inntas her som referanse. Selvom frie vannverdier etter API gir en indika-sjon på partikkelavsetningen eller -sedimenteringen i en sementeringsoppslemming, er det mulig for visse sementeringsblandinger å ha lave verdier for fritt vann etter API, og fortsatt omfatte avsetning. For at det skal dannes et lodd-rett, jevnt dekke av herdet sement i en borehull, skal partikkelsedimentering minimeres ved sammensetningen av sementeringsblandingene. Som indikert av data i tabell IV er det mulig å lage sementeringsblandinger som lett tilfreds-stiller de ønskede lave frie vannverdiene etter API og minimere partikkelsedimentering ved bruk av additivene ifølge foreliggende oppfinnelse. For de væsketapsadditiver som er identifisert i tabell IV og som gir uakseptable verdier for fritt vann etter API eller avsetning, er det mulig i noen tilfeller å utføre visse modifikasjoner av sammensetningen på sementblandingen som det er kjent på fagområdet for å bekjempe disse problemene. Disse modifikasjonene kan gjennomføres mens de meget ønskelige væsketapsrespons-egenskapene til podepolymeren som utgjør det benyttede væsketapsadditivet kan bibeholdes.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for sementering av en ledning som trenger gjennom en jordformasjon ved å innføre en sementeringsblanding i rommet mellom ledningen og formasjonen, karakterisert ved at det anvendes en sementeringsblanding som omfatter: sement; en vandig væske, og et væsketapsadditiv omfattende en podepolymer omfattende en hovedkjede omfattende minst en forbindelse valgt fra gruppen bestående av lignin, lignitt, derivatisert cellulose, polyvinylalkohol, polyetylenoksyd, polypropylenoksyd, polyetylenimin og deres salter og en podet, pendant gruppe omfattende minst en forbindelse valgt fra gruppen bestående av 2-akrylamido-2-metylpropansulfonsyre, akrylonitril, N,N-dimetylakrylamid, akrylsyre, N,N-dialkylamino-etylmetakrylat hvor alkylradikalet omfatter minst et radikal valgt fra gruppen bestående av metyl-, etyl-og propylradikaler.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hovedkjeden i væsketapsadditivet omfatter fra 5 til 95 vekt-5é av væsketapsadditivet.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de pendante gruppene i væsketapsadditivet omfatter fra 60 til 80 vekt-# av væsketapsadditivet.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at væsketapsadditivet er til stede i sementeringsblandingen i en mengde på fra 0,25 til 5 vekt-# av sementen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at hovedkjeden i væsketapsadditivet omfatter minst en forbindelse valgt fra gruppen bestående av lignin, lignitt og deres salter.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de pendante gruppene i væsketapsadditivet omfatter minst en forbindelse valgt fra gruppen bestående av 2-akrylamido-2-metylpropansulfonsyre, akrylonitril, N,N-dimetylakrylamid og deres salter.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved de pendante gruppene omfatter 2-akrylamido-2-metylpropansulfonsyre, akrylonitril og N,N-dimetylakrylamid eller deres salter og er til stede i podepolymeren i et molforhold i et område på fra henholdsvis 1:0:0 til 3:3:1.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de pendante gruppene omfatter 2-akrylamido-2-metylpropansulfonsyre, akrylonitril og N,N-dimetylakrylamid eller deres salter og er til stede i podepolymeren i et molforhold i et område på fra henholdsvis 3:2:1 til 3:3:1.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de pendante gruppene omfatter 2-akrylamido-2-metylpropansulfonsyre og akrylonitril eller deres salter og er til stede i podepolymeren i et molforhold i området på fra henholdsvis 1:0 til 1:1.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de pendante gruppene omfatter 2-akrylamido-2-metylpropansulfonsyre og N,N-dimetylakrylamid eller deres salter og er til stede i podepolymeren i et molforhold i området på fra henholdsvis 1:0 til 6:1.