NO20140547A1

NO20140547A1 - Skumdempende sammensetninger

Info

Publication number: NO20140547A1
Application number: NO20140547A
Authority: NO
Inventors: Robert E Wilson; Amir H Mahmoudkhani; Bava Luciana
Original assignee: Kemira Oyj
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2014-04-29
Publication date: 2014-04-29
Also published as: GB2556597B; MX2014003903A; CA2850523C; GB2511658B; MX362407B; BR112014007820A2; GB2556597A; GB2552631A; RU2611504C2; GB201802605D0; GB201715722D0; GB2552631B; CA2850523A1; SA112330890B1; WO2013049506A1; GB201407504D0; RU2014116102A; GB2511658A

Abstract

Sementsammensetninger og fremgangsmåter for å redusere luftinneslutning i en sementsammensetning omfatter generelt blanding av en hydraulisk sement med en skumdempende sammensetning omfattende en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer, og en blanding derav. Sammensetningene kan videre omfatte en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk kopolymer.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører generelt skumdempende sammensetninger og fremgangsmåter for å redusere luftinneslutning i fluider.

Bakgrunn

Det er anslått at det verden over produseres 1,8 billioner tonn Portlandsement hvert år, hvilket gjør dette til et av de mest anvendte menneskefremstilte produktene på jorden.

Betong og andre sementbaserte materialer definerer en hovedkomponent av materialene anvendt innenfor konstruksjonsanvendelser, så som for bygninger, broer, veier og andre transportinfrastrukturer, såvel som underjordiske konstruksjoner så som sementering av en brønnboring.

Primær sementering er prosessen med å plassere sement i ringrommet mellom foringen og formasjonen eksponert for brønnboringen. Siden dens begynnelse i 1903 har hovedhensikten med primær sementering alltid vært å tilveiebringe sonemessig isolasjon i oljen, gass- og vannbrønner. For å oppnå dette formålet må det skapes en hydraulisk forsegling mellom foringen og sementen og mellom sementen og formasjonene, samtidig som man forhindrer fluidkanaler i sementlaget. Olje og gass-sementeringsleverandører har innført forskjellige kjemiske additiver for å oppnå og forbedre ønskede egenskaper av sementoppslemminger. Mange slike sementadditiver kan gjøre at oppslemmingen skummer under blanding. Omfattende skumdannelse kan ha flere uønskede følger. Oppslemmingsgelering kan finne sted, og tap av hydraulisk trykk under pumping kan skje på grunn av kavitering på blandesystemet. I tillegg kan luftinneslutning forårsake at uønskede oppsiemmingsdensiteter pumpes nedhulls ettersom målt densitet på overflaten vil være forskjellig fra reell nedihulls densitet hvilket øker faren for formasjonsskade.

Under oppsiemmingsblanding anvendes et densitometer eller en massestrømmåler for å hjelpe operatører med å fordele faste og flytende bestanddeler. Dersom luft er til stede i oppslemmingen ved overflaten, måles densiteten av systemet «sement + vann + luft» av densitometeret. Siden luften blir komprimert nede i hullet, blir den sanne nedihulls-oppslemmingsdensiteten høyere enn den målte overflatedensiteten hvilket kan skade formasjonen. Anti-skumme- eller skumdempende midler tilsettes vanligvis til blandingen eller tørrblandes med sementen for å unngå slike problemer. De kan også anvendes for å bryte skummede fluider. I slike anvendelser kan skumdempende middel anvendes for å bryte det for omfattende skummede fluidet returnert til overflaten etter brønnbehandling og dermed lette avhendingsprosessen. Generelt har ønskelige anti-skumme- eller skumdempende midler følgende egenskaper for å være effektive: a) er uoppløselige i det skummende systemet, og b) har lavere overflatespenning enn det skummende systemet. Antiskummemidlet fungerer i stor grad ved å spre seg ut på overflaten av skummet eller tre inn i skumlamellene. Fordi filmen dannet ved spredning av det skumdempende midlet på overflaten av en skummende væske ikke understøtter skum, blir skum situasjonen lettet.

Kort oppsummering

Beskrevet her er skumdempende sammensetninger omfattende en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer, eller en blanding derav. I visse utførelsesformer kan sammensetningen videre innbefatte en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer. Sementsammensetninger innbefattende den skumdempende sammensetningen, fremgangsmåter for å reduserer luftinneslutning i sementsammensetninger og fremgangsmåter for sementering av underjordiske formasjoner er også beskrevet her.

Beskrivelsen kan lettere forstås ved å referere til den etterfølgende detaljerte beskrivelsen av de forskjellige trekk av beskrivelsen og eksemplene som er inkludert deri.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1 er en grafisk fremstilling av den skumdempende effekten av forskjellige dioleatestere av polyoksyetylen (EO) polymerer på sementoppslemmingsdensitet. Midlere molekylvekt av EO, DO-1, DO-2 og EO DO-3 estere er henholdsvis 828, 928 og 1128 Dalton. Doseringer er gitt som BWOC. Figur 2 er en grafisk fremstilling av den skumdempende effekten av forskjellige dioleatestere av polyoksypropylen (PO) estere på sementoppslemmingsdensitet. Midlere molekylvekt av PO DO-1, PO DO-2 og PO DO-3 estere er henholdsvis 1528, 2528 og 4528 Dalton. Doseringer er gitt i BWOC. Figur 3 er en grafisk fremstilling av den skumdempende effekten av PO DO estere i kombinasjon med EO eller EO/PO diestere. Skumdempende sammensetninger er beskrevet i tabell 4. Figur 4 er en grafisk fremstilling av den skumdempende effekten av EO DO estere, EO/PO diestere og forskjellige blandinger derav. Skumdempende sammensetninger er beskrevet i tabell 5.

Detaljert beskrivelse

Det er tilveiebrakt skumdempende sammensetninger og fremgangsmåter for å redusere luftinneslutning i et fluid, så som en sementsammensetning. De skumdempende sammensetningene omfatter generelt en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer, og en blanding derav. I visse utførelsesformer kan sammensetningen videre omfatte en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer.

I andre utførelsesformer er en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra (a) en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, (b) en organisk syreester av polypropylenoksid polymer, og (c) en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer.

I visse utførelsesformer omfatter de skumdempende sammensetningene to eller flere organiske organiske syreesterpolymerer valgt fra (a) en organisk syreester av polyetylenoksid polymer, (b) en organisk syreester av polypropylenoksid polymer, og (c) en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-polymer.

I en hvilken som helst av de foregående utførelsesformene har de organiske syreesterforbindelsene et lavt syretall, for eksempel lavere enn 15.

Disse skumdempende sammensetningene tilveiebringer effektiv skumkontroll ved å redusere luftinneslutningen sammenlignet med andre konvensjonelle skumdempende midler, er relativt bionedbrytbare og er mindre toksiske.

I en utførelsesform omfatter sammensetningen en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer. I en annen utførelsesform omfatter sammensetningen en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer. I visse utførelsesformer omfatter sammensetningen en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer. I andre utførelsesformer omfatter sammensetningen en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer og en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer eller en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer.

I en utførelsesform omfatter sammensetningen en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer og en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer. I en utførelsesform omfatter sammensetningen en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer og en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer. I en annen utførelsesform omfatter sammensetningen en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer og en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer.

I en utførelsesform omfatter sammensetningen en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer av formelen:

hvori R er en lineær eller forgrenet, mettet eller umettet, alkyl- eller alkylkarboksylatgruppe som har fra 3 til 40 karbonatomer; og n' er 4 til 23.

I en utførelsesform omfatter sammensetningen en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer av formelen:

hvori R er en lineær eller forgrenet, mettet eller umettet, alkyl- eller alkylkarboksylatgruppe som har fra 3 til 40 karbonatomer; og n er 16 til 68.

I en utførelsesform omfatter sammensetningen en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer av formelen:

hvori R er en lineær eller forgrenet, mettet eller umettet alkyl- eller alkylkarboksylatgruppe som har fra 3 til 40 karbonatomer, a er 2 til 8 og b er 16 til 68.

I en utførelsesform omfatter den skumdempende sammensetningen en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer og en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer. I visse utførelsesformer er de organiske syreesterenhetene av den organiske syreesteren av polyetylenoksidpolymer og den organiske syreesteren av polypropylenoksidpolymeren de samme. I visse utførelsesformer er de organiske syreesterenhetene av den organiske syreesteren av polyetylenoksidpolymeren og den organiske syreesteren av polypropylenoksidpolymeren forskjellige.

I en utførelsesform omfatter den skumdempende sammensetningen en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer og en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer. I visse utførelsesformer er de organiske esterenhetene av den organiske syreesteren av polyetylenoksidpolymer og den organiske syreesteren av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer de samme. I visse utførelsesformer er de organiske esterenhetene av den organiske syreesteren av polyetylenoksidpolymer og den organiske syreesteren av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer forskjellige.

I en utførelsesform omfatter den skumdempende sammensetningen en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer og en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer. I visse utførelsesformer er de organiske esterenhetene av den organiske syreesteren av polypropylenoksidpolymer og den organiske syreesteren av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer de samme. I visse utførelsesformer er de organiske esterenhetene av den organiske syreesteren av polypropylenoksidpolymer og den organiske syreesteren av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer forskjellige.

Som anvendt heri anvendes betegnelsene «polymer», «polymerer», «polymerisk» og lignende betegnelser i sin vanlige betydning som kjent for fagmannen, og de kan her benyttes for å referere til, eller beskrive, et stort molekyl (eller en gruppe av slike molekyler) som inneholder gjentagende enheter. Polymerer kan dannes på forskjellige måter, innbefattende ved polymerisering av monomerer og/eller ved kjemisk modifikasjon av en eller flere gjentagende enheter av en forløperpolymer. En polymer kan være en «homopolymer» innbefattende i det vesentlige identiske gjentagende enheter dannet ved for eksempel polymerisering av en spesiell monomer. En polymer kan også være en «kopolymer» innbefattende to eller flere forskjellige gjentagende enheter dannet for eksempel ved kopolymerisering av to eller flere forskjellige monomerer, og/eller ved kjemisk modifisering av en eller flere gjentagende enheter av en forløperpolymer.

Polyoksyetylen, også kjent som polyetylenglykol (PEG), har lav toksisitet og anvendes i en rekke produkter. Egnede polyoksyetylenpolymerer for anvendelse ifølge foreliggende oppfinnelse er terminert med hydroksylgrupper og har en molekylvekt fra ca. 200 til ca. 1000 Dalton. I visse utførelsesformer er den midlere molekylvekten av polymeren omkring 200 til omkring 600 Dalton. I andre utførelsesformer er den midlere molekylvekten av polymeren ca. 300 til ca. 400 Dalton.

Polyoksypropylen, også kjent som polypropylenglykol (PPG) er mindre toksisk enn PEG. Egnede polyoksypropylenpolymerer er terminert med hydroksylgruppe, som har en molekylvekt fra 1000 til 4000 Dalton.

Organiske syreestere av polyoksyetylen eller polyoksypropylen er egnede for anvendelse i de skumdempende sammensetningene som er beskrevet heri. Den organiske esteren av enten polyoksyetylenpolymeren eller polyoksypropylenpolymeren er reaksjonsproduktet av polymeren og en organisk syre som har minst en karboksylsyregruppe, innbefattende mono-, di- eller multi-karboksylsyrefunksjonaliteter. Egnede organiske syrer innbefatter, uten begrensning, oljesyre, stearinsyre, suberinsyre, azelainsyre, sebacinsyre, ftalsyre, isoftalsyre, tereftalsyre og blandinger derav. Den organiske syreesteren av

polyoksypropylenpolymeren eller polyoksyetylenpolymeren er av formlene vist nedenfor:

hvori R er en lineær eller forgrenet, mettet eller umettet, alkyl- eller alkylkarboksylatgruppe inneholdende fra 3 til 40 karbonatomer, n er 16 til 68 og n' er 4 til 23. Mange PEG- og PPG-diestere er kommersielt tilgjengelige.

Blokk-kopolymeren av etylenoksid og propylenoksid er ikke ment å være begrenset til noen spesiell struktur og er kommersielt tilgjengelig i flere typer. Egnede polyoksyetylen-polyoksypropylen kopolymerer er terminert med hydroksylgrupper og har generelt midlere molekylvekt på 1000 til 5000 Dalton, og i andre utførelsesformer en midlere molekylvekt på 2000 til 4000 Dalton, og i enda andre utførelsesformer en midlere molekylvekt på 2000 til 2750 Dalton og har fortrinnsvis et smeltepunkt på under 20°C. For eksempel er Poloksamerer ikke-ioniske triblokk kopolymerer bestående av en sentral hydrofob kjede av polypropylenoksid flankert av to hydrofile kjeder av polyetylenoksid. En skjematisk representasjon av en Poloksamer kopolymer er vist her:

Etylenoksid- og propylenoksid blokk-kopolymerene er også kjente under handelsnavnet Pluronic ® fra BASF og Mulsifan fra Zschimmer & Schwartz GmbH & Co. På grunn av at lengdene av polymerblokkene kan skreddersys eksisterer det mange forskjellige EO/PO blokk-kopolymerer som har noe forskjellige egenskaper.

Den organiske syreesteren av etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymeren er reaksjonsproduktet av blokk-kopolymeren og en organisk syre som har minst en karboksylsyregruppe, innbefattende mono-, di- eller multi-karboksyrefunksjonaliteter. Egnede organiske syrer omfatter, uten begrensning, oljesyre, stearinsyre, suberinsyre, azelainsyre, sebasinsyre, ftalsyre, isoftalsyre, tereftalsyre og blandinger derav.

Den organiske syreesteren av etylenoksid-propylenoksidet er av den generelle strukturen:

hvori R er en lineær eller forgrenet, mettet eller umettet alkyl- eller alkylkarboksylatgruppe eller aryl- eller arylkarboksylatgruppe som har fra 3 til 40 karbonatomer, a er 2 til 8 og b er 16 til 68. Som angitt ovenfor har sammensetningen en lav syreverdi. I en utførelsesform er syreverdien lavere enn 15, i en annen utførelsesform er syreverdien lavere enn 5. Slik den her anvendes refererer betegnelsen syreverdi generelt til antallet milligram av kaliumhydroksid som er påkrevet for å nøytralisere karboksylsyregruppene i et gram av polymer. I tilfellet di- og multikarboksylsyreestere kan følgelig de frie karboksylsyregruppene, om de er til stede forestres ytterligere for å unngå uheldige effekter på andre fluidegenskaper. Den spesielle blokkstrukturen er ikke ment å være begrenset og kan ha en ordnet (EO-PO-EO eller PO-EO-PO) eller tilfeldige anordninger. I noen utførelsesformer har for eksempel polyoksyetylen-polyoksypropylendelen en polyoksypropylen ryggrad med polyoksyetylenendeavslutning mens i andre utførelsesformer har polyoksyetylen-polyoksypropylen fettsyreesterne en polyoksyetylenryggrad med polyoksypropylen andeavslutninger. Videre kan, i noen utførelsesformer ryggradsalkylgruppen R videre innbefatte hydroksylholdige substituenter slik som kan opptre dersom det anvendes ricinusoljederivater som di- eller multikarboksylsyre.

De polyoksyetylen-polyoksypropylen organiske esterne kan fremstilles ved konvensjonelle fremgangsmåter, så som ved kondensasjonsreaksjon av den ønskede alkoholen (f.eks. polyetylenglykol-polypropylenglykol (EO/PO) blokk polymer) med en mono-, di- eller multikarboksylsyre i nærvær av en egnet katalysator ved en forhøyet temperatur. Alternativt kan de polyoksyetylen-polyoksypropylen organiske syreesterne fremstilles ved transforestring av EO/PO blokk-kopolymeren med et triglycerid av den ønskede mono-, di- eller multikarboksylsyren og en base, så som kaliumhydroksid eller andre egnede alkaliforbindelser som katalysatoren.

I en hvilken som helst av de foregående utførelsesformene kan den organiske syreesteren være en oljesyreester.

I en spesiell utførelsesform kan sammensetningene videre omfatte hydrofobe faststoffer. De eventuelle hydrofobe faste stoffene, så som silisiumdioksid (silika), man anvendes for å forbedre ytelsen av esternes skumdempende evne. Det hydrofobe silika kan være damputfelt, utfelt eller en blanding derav. Andre egnede hydrofobe faststoffer omfatter talk, leirer, aluminiumsilikater, glimmer, alumina og lignende.

De skumdempende sammensetningene kan også være fortynnet i et fortynningsmiddelsystem, for eksempel et organisk fortynningsmiddel eller blanding av fortynningsmidler. Slike fortynningsmidler innbefatter, men er ikke begrenset til, mineralolje, vegetabilsk olje, alfa olefiner, glykol er, alkoholer, kerosin og blandinger derav. De skumdempende sammensetningene kan også omfatte vann. I spesielle utførelsesformer omfatter den skumdempende sammensetningen vegetabilsk olje.

I en utførelsesform omfatter den skumdempende sammensetningen en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra (a) en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, (b) en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer, og (c) en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer, og hver komponent kan omfatte fra omkring 0 til omkring 100 vekt-% av de organiske syreesterpolymerene i sammensetningen. I visse utførelsesformer er to eller flere typer av organiske syreesterpolymerer innbefattet i sammensetningen og hver polymer kan utgjøre fra ca. 1% til ca. 99%, ca. 2% til ca. 98%, ca. 5% til ca. 95%, ca. 10% til ca. 90%, ca. 15% til ca. 85%, ca. 20% til ca. 80%, ca. 25% til ca. 75%, ca. 30% til ca. 70%, ca. 35% til ca. 65%, ca. 40% til ca. 60%, ca. 45% til ca. 55%, eller ca. 50% hver, basert på vekten av de organiske syreesterpolymerene i sammensetningen.

Den skumdempende sammensetningen innbefattende de organiske syreestererne av polyoksyetylen, polyoksypropylen og/eller etylenoksid-propylenokside blokk kopolymer som beskrevet her kan tilsettes til sementsammensetninger ved 0,01 til 1 vekt-% av sementen (BWOC).

De skumdempende sammensetningene kan tilsettes til sementsammensetningen før, under eller etter blanding av de forskjellige komponentene av sementsammensetningen. Den skumdempende sammensetningen kan tilsettes som en væske eller emulsjon eller som tørre produkter etter ønsket for den planlagte anvendelsen. I en eksempelvis utførelsesform kan den skumdempende sammensetningen kombineres med et sementholdig materiale og et fluid, så som vann for å danne sementsammensetningen før eller under blandingen av disse komponentene. Denne blandingen kan finne sted i pumpehodet, som fortrenger sementsammensetningen nedover gjennom ringrommet av en brønnboring (dvs. arealet mellom et rør i brønnboringen og veggen av brønnboringen) hvor den tillates å herde til et hårdt materiale, for eksempel sement. De skumdempende sammensetningene tjener til å forhindre eller redusere dannelsen av skum under fremstillingen og pumpingen av sementsammensetningen eller bryte skummet fra et brønnbehandlingsfluid returnert til overflaten. I en annen utførelsesform kan den skumdempende sammensetningen tilsettes til en allerede fremstilt sementsammensetning før pumping av sammensetningen inn i en underjordisk formasjon hvor den tillates å herde til en hård sement. I dette tilfellet kan den skumdempende sammensetningen tjene til å forhindre eller redusere dannelsen av skum i sementsammensetningen ettersom den pumpes. I hver av disse utførelsesformene kan den skumdempende sammensetningens evne til å redusere nivået av gass medført i sementsammensetningen resultere i dannelsen av en relativt sterkere sement som på egnet måte kan bære rørledningen i brønnboringen. Den skumdempende sammensetningen kan også inkorporeres i sementsammensetningen for å virke til å kontrollere densiteten av den ferdig herdede sementen. I nok en utførelsesform kan de skumdempende sammensetningene kombineres med et tidligere skummet brønnbehandlingsfluid, så som en skummet sement eller skummet boreslam for å bryte eller redusere skummet deri. På grunn av fjernelsen av skummet kan brønnborings-behandlingsfluidet lett avhendes etter bruk.

I en utførelsesform tilveiebringes en fremgangsmåte for å redusere luftinneslutningen i en sementsammensetning, hvor fremgangsmåten innbefatter: tilsetning av en skumdempende sammensetning til en sementsammensetning hvor den skumdempende sammensetningen omfatter en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, en organisk syreester av en polypropylenoksidpolymer, eller blandinger derav, hvor luftinneslutningen i sementsammensetningen reduseres relativt til en sementsammensetning uten den skumdempende sammensetningen. I visse utførelsesformer kan sammensetningen videre omfatte en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer. I visse utførelsesformer tilsettes den skumdempende sammensetningen til sementsammensetningen ved 0,01 til 1 vekt-% av sementen.

I en utførelsesform tilveiebringes en fremgangsmåte for å redusere luftinneslutningen i en sementsammensetning, hvor fremgangsmåten omfatter: tilsetning av en skumdempende sammensetning til en sementsammensetning hvor den skumdempende sammensetningen omfatter en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra (a) en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, (b) en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer, og (c) en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer; hvor luftinneslutningen i sementsammensetningen reduseres relativt til en sementsammensetning uten den skumdempende sammensetningen. I visse utførelsesformer tilsettes den skumdempende sammensetningen til sementsammensetningen ved 0,01 til 1 vekt-% av sementen.

I en utførelsesform tilveiebringes en fremgangsmåte for å redusere luftinneslutning i en sementsammensetning, hvor fremgangsmåten omfatter: tilsetning av en skumdempende sammensetning til en sementsammensetning, hvor den skumdempende sammensetningen omfatter to eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra (a) en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, (b) en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer, og (c) en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer; hvor luftinneslutningen i sementsammensetningen er redusert relativt til en sementsammensetning uten den skumdempende sammensetningen. I visse utførelsesformer tilsettes den skumdempende sammensetningen til sementsammensetningen ved 0,01 til 1 vekt-%.

I en utførelsesform tilveiebringes en sementsammensetning omfattende: hydraulisk sement, vann og en skumdempende sammensetning omfattende en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer, og blandinger derav. I visse utførelsesformer kan sammensetningen videre omfatte en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer.

I en utførelsesform tilveiebringes en sementsammensetning omfattende: hydraulisk sement, vann og en skumdempende sammensetning omfattende en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra (a) en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, (b) en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer, og (c) en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer.

I en utførelsesform tilveiebringes en sementsammensetning omfattende: hydraulisk sement, vann og en skumdempende sammensetning omfattende to eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra (a) en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, (b) en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer, og (c) en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer.

I en spesiell utførelsesform omfatter den hydrauliske sementen en hydraulisk sement omfattende kalsium, aluminium, silisium, oksygen og/eller svovel; Portlandsementer så som klasse A, B, C, G og H sementer i henhold til American Petroleum Institutes(API) spesifikasjon for materialer og testing av brønnsementer; pozzolansementer, gjpssementer, fosfatsementer, sementer med høyt aluminainnhold, slaggsementer, sementovnsstøv, silikasementer, høyalkalinitetssementer og kombinasjoner omfattende minst en av de foregående sementene.

I en annen utførelsesform tilveiebringes en fremgangsmåte for sementering av en underjordisk formasjon, hvor fremgangsmåten omfatter: plassering av en sementsammensetning i den underjordiske formasjonen, idet sementsammensetningen omfatter hydraulisk sement, vann og en skumdempende sammensetning omfattende en eller flere organisk syreesterpolymerer valgt fra en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer, og blandinger derav, og sementen tillates å herde. I visse utførelsesformer kan sammensetningen videre omfatte en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer.

I en annen utførelsesform er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for sementering av en underjordisk formasjon, hvor fremgangsmåten omfatter: plassering av en sementsammensetning i den underjordiske formasjonen, hvor sementsammensetningen omfatter hydraulisk sement, vann og en skumdempende sammensetning omfattende en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra (a) en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, (b) en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer, og (c) en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer, og sementen tillates å herde.

I en annen utførelsesform er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for sementering av en underjordisk formasjon, hvor fremgangsmåten omfatter: plassering av en sementsammensetning i den underjordiske formasjonen, hvor sementsammensetningen omfatter hydraulisk sement, vann og en skumdempende sammensetning omfattende to eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra (a) en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, (b) en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer, og (c) en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer, og sementen tillates å herde.

I visse utførelsesformer innbefatter sementsammensetningen pumping av sementsammensetningen inn i det ringformede rommet mellom veggene av brønnboringen og huset under en primær del av en hjelpesementeringsoperasjon. I en utførelsesform blir den hydrauliske sementen skummet, og den skumdempende sammensetningen tilsettes til den hydrauliske sementen i en mengde som er effektiv for å bryte skummet, for derved å redusere gassinneslutningen i sementen. I en utførelsesform tilsettes den skumdempende sammensetningen ved 0,01 til 1 vekt-% av den hydrauliske sementen.

Sementsammensetningene kan innbefatte de skumdempende sammensetningene beskrevet heri, et sementholdig materiale, og en tilstrekkelig mengde fluid til å gjøre sementsammensetningen pumpbar. En hvilken som helst av en rekke sementer egnede for anvendelse i underjordiske sementeringsoperasjoner kan anvendes. Det sementholdige materialet kan for eksempel innbefatte, men er ikke begrenset til, hydrauliske sementer omfattende kalsium, aluminium, silisium, oksygen og/eller svovel; Portlandsementer, så som av klasse A, B, C, G og H i henhold til American Petroleum Institute (API) spesifikasjon for materialer og testing for brønnsementer; pozzolansementer; gipssementer; fosfatsementer; sementer med høyt aluminainnhold; slaggsementer; sementovnsstøv; silikasementer; sementer med høy alkalinitet; og kombinasjoner omfattende minst en av de foregående sementene. Eksempler på egnede fluider for anvendelse i sementsammensetningene omfatter, men er ikke begrenset til ferskvann, produsert vann, sjøvann, saltvannsløsninger og kombinasjoner omfattende minst en av de foregående.

Dersom fagmannen finner det egnet kan ytterligere additiver tilsettes til sementsammensetningen for å forbedre eller endre egenskapene av sementen. Eksempler på slike additiver innbefatter, men er ikke begrenset til, retardasjonsmidler, fluidtaps-kontrolladditiver, dispersjonsmidler, herdeakseleratorer og dannelseskondisjonerende midler. Andre additiver, så som bentonitt og dampavsatt silika kan innføres i sementsammensetningen for å forhindre sementpartikler fra å sedimentere på bunnen av fluidet. Videre kan et salt, så som natriumklorid eller kaliumklorid, tilsettes til sementsammensetningen.

De skumdempende sammensetningene beskrevet her kan innbefattes i forskjellige flytbare sluttproduktmaterialer for å redusere mengden medført gass tilstede i slike materialer. I tillegg til sementsammensetninger innbefatter andre eksempler på slike sluttproduktmaterialer, men er ikke begrenset til, forskjellige vannbaserte brønnborings-behandlingsfluider så som boreslam, stimuleringsfluider,

avfall sbehandlingssammensetninger, vannbehandlingssammensetninger, utlutningssammensetninger (f. eks. for gruvedrift), betong- og

konstruksjonsmaterialanvendelser og olje/eller gass separeringssammensetninger. De forskjellige komponentene av slike sammensetninger vil være åpenbare for en gj ennomsnittsfagmann.

De følgende eksemplene er utelukkende ment for illustrerende formål, og er ikke ment å være begrensende.

EKSEMPLER

For de etterfølgende eksemplene er polymerene merket som angitt nedenfor

Eksempel 1

I dette eksemplet ble kompresjonsstyrken målt for sementsammensetninger med et skumdempende middel. Tributylfosfat er et vanlig skumdempende middel for sement og ble anvendt som en referanse for å sammenligne ytelsen av skumdempende sammensetninger. De skumdempende sammensetningene er beskrevet i tabell 1. Kompresjonsstyrkedata opp til 48 timer for API klasse A sement med en densitet på 1800 kg/m<3>er vist i tabell 2. Kompresjonstyrketesting ble utført på CTE modell 2000-5 Ultrasonic Cement Analyzer i henhold til API RP 10B-2 (anbefalt praksis for testing av brønnsementer) drevet ved 4000 psi trykk og temperatur på 50 °C. Resultatene viser at sementer inneholdende skumdemper oppfyller de nødvendige kravene for kompresjonsstyrke og at de skumdempende sammensetningene kan anvendes for å skape levedyktige og nyttige sementblandinger. Minimumskrav i brønnsementering er en kompresjonsstyrke på 3,5 MPa etter 48 timer.

Eksempel 2

I dette eksemplet ble effekten av sammensetningen av skumdempende middel på reologien av API klasse A sementblandinger med densitet på 1800 kg/m<3>undersøkt ved å anvende et Fann 35A viskosimeter ved 25 og 50°C. Oppslemmingen ble fremstilt ved å blande tørr sement og ledningsvann på en Waringblander i henhold til API RP 10B-2 og tillatt å kondisjonere i 20 minutter ved anvendelse av et Chandler Engineering modell 1200 atmosfærisk konsistometer ved den gitte temperaturen. De reologiske data er gitt i tabell 3. Det ble funnet at sammensetningen av det skumdempende midlet hadde minimal eller ingen effekt på den reologiske oppførselen av sementoppslemminger.

Eksempel 3.

I dette eksempelet ble de skumdempende egenskapene av forskjellige diestere av polyoksyetylen (EO) sammensetninger på API klasse A sementoppslemminger med utførselsdensitet på 1650 kg/m<3>inneholdende 1 vekt-% sement (BWOC) av natriumlignosulfonat og 20 vekt-% av vandig natriumklorid undersøkt. Diesterne ble dannet ved å anvende oljesyre (betegnet ved anvendelse av DO). Lignosulfonater er vanlig anvendte ved formulering av sementoppslemminger som sementdispersjonsmidler. Densiteter ble målt umiddelbart etter at oppslemmingen var fremstilt (basert på API RP 10B-2 fremgangsmåte) ved anvendelse av en gradinndelt sylinder og vekt av oppslemmingen. Data er angitt grafisk i figur 1. Alle skumdempende sammensetninger som ble testet ble funnet å være effektive for å redusere luftinneslutning når de ble tilsatt ved 0,01% til 0,10% BWOC.

Eksempel 4.

I dette eksemplet ble de skumdempende egenskapene av forskjellige diestere av polyoksypropylen (PO) sammensetninger på API klasse A sementoppslemminger med utførsel sdensitet på 1650 kg/m<3>inneholdende 1 vekt-% sement (BWOC) av natriumlignosulfonat og 20 vekt-% av vandig natriumklorid undersøkt. Diesterene ble dannet ved anvendelse av oljesyre. Lignosulfonater er vanlig anvendte ved formulering av sementoppslemminger som sementdispersjonsmidler. Densiteter ble målt umiddelbart etter at oppslemmingen var fremstilt (basert på API RP 10B-2 fremgangsmåte) ved anvendelse av en gradinndelt sylinder og vekt av oppslemmingen. Data er angitt grafisk i figur 2. Alle testede skumdempende sammensetninger ble funnet å være effektive for å redusere luftmedføring når tilsatt ved 0,05% til 0,20% BWOC.

Eksempel 5.

Mange sementoppslemminger kan forårsake at oppslemmingen skummer under blanding innbefattende overflateaktive midler så som dispersjonsmidler. I dette eksemplet ble ytelsen av forskjellige skumdempende sammensetninger undersøkt i et sterkt skummende system inneholdende lignosulfonat (1% BWOC), natriumklorid (20 vekt-% vann) og API klasse A sement med en utførelsesdensitet på 1650 kg/m<3>. Data er grafisk angitt i figur 3 og skumdempende sammensetninger er beskrevet i figur 4. Som vist i figur 3, i fravær av et skumdempende middel, forårsaker luftmedføring at oppslemmingsdensiteten er signifikant lavere enn utførelsesdensiteten på 1650 kg/m<3>. Derimot var alle skumdempende sammensetninger (tilsatt ved 0,10% BWOC) effektive i anti-skumming/skumdempning i et slikt system.

Eksempel 6.

I dette eksemplet ble effekten av tilsetning av 0,1% skumdempende sammensetning uttrykt ved vekten av sement (BWOC) på en sementsammensetning inneholdende 1% BWOC natriumlignosulfonat og 20 vekt-% vandig natriumklorid undersøkt. Oppslemmingsdensitet ble målt umiddelbart etter blanding av den tørre sementen med saltvann og dispersjonsmiddelet. Data er grafisk angitt i figur 4 og skumdempende sammensetninger er beskrevet i tabell 5. Som vist i figur 4 ble formuleringer inneholdende diestere av EO polymerer og diestere av EO/PO kopolymerer funnet å være effektive skumdempende midler basert på nærheten av data for målt densitet og utførel sesdensitet.

Claims

1. Skumdempende sammensetning, omfattende en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer og en blanding derav.

2. Sammensetning ifølge krav 1, videre omfattende en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer.

3. Sammensetning ifølge krav 1, hvor sammensetningen omfatter en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer og en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer.

4. Sammensetning ifølge krav 2, hvor sammensetningen omfatter en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer og en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer.

5. Sammensetning ifølge krav 2, hvor sammensetningen omfatter en organisk syreester av polyproylenoksidpolymer og en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer.

6. Sammensetning ifølge krav 1, hvor den organiske syreesteren av polyetylenoksidpolymer er av formelen:

hvori R er en lineær eller forgrenet, mettet eller umettet, alkyl- eller alkylkarboksylatgruppe inneholdende fra 3 til 40 karbonatomer, og n' er 4 til 23.

7. Sammensetning ifølge krav 1, hvor den organiske syreesteren av polypropylenoksidpolymer er av formelen:

Hvor R er en lineær eller forgrenet, mettet eller umettet, alkyl- eller alkylkarboksylatgruppe inneholdende fra 3 til 40 karbonatomer og n er 16 til 68.

8. Sammensetning ifølge krav 2, hvor den organiske syreesteren av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer er av formelen:

hvor R er en lineær eller forgrenet, mettet eller umettet, alkyl- eller alkylkarboksylatgruppe inneholdende fra 3 til 40 karbonatomer, a er 2 til 8 og b er 16 til 68.

9. Sammensetning ifølge krav 1, hvor sammensetningen videre omfatter et fortynningsmiddelsystem.

10. Sammensetning ifølge krav 9, hvor fortynningsmiddelsystemet omfatter et organisk fortynningsmiddel.

11. Sammensetning ifølge krav 1, hvor den organiske syreesteren er reaksjonsproduktet av polymeren og en organisk syre som har minst en karboksylsyregruppe.

12. Sammensetning ifølge krav 11, hvor den organiske syren er oljesyre, stearinsyre, suberinsyre, azelainsyre, sebacinsyre, ftalsyre, isoftalsyre, tereftalsyre eller en blanding derav.

13. Sammensetning ifølge krav 1, som videre omfatter et hydrofobt faststoff.

14. Fremgangsmåte for å redusere luftinneslutning i en sementsammensetning, hvor fremgangsmåten omfatter: tilsetning av en skumdempende sammensetning til en sementsammensetning hvor den skumdempende sammensetningen omfatter en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer og en blanding derav; hvor luftinneslutningen i sementsammensetningen reduseres relativt til en sementsammensetning uten den skumdempende sammensetningen.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, hvor den skumdempende sammensetningen videre omfatter en organisk syreester av etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 14, hvor den skumdempende sammensetningen tilsettes til sementsammensetningen ved 0,01 til 1% uttrykt ved vekt av sementen.

17. Sementsammensetning, omfattende: hydraulisk sement; vann; og en skumdempende sammensetning omfattende en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, en organisk syreester av polypropylenoksidpolymer, og en blanding derav.

18. Sementsammensetning ifølge krav 17, hvor den skumdempende sammensetningen videre omfatter en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer.

19. Skumdempende sammensetning ifølge krav 17, hvor den hydrauliske sementen omfatter hydrauliske sementer omfattende kalsium, aluminium, silisium, oksygen og/eller svovel; Portland sementer, så som klasse A, B, C, G og H sementer i henhold til American Petroleum Institute's (API) spesifikasjon for materialer og testing for brønnsementer; pozzolansementer; gjpssementer; fosfatsementer; sementer med høyt aluminainnhold; slaggsementer; sementovnsstøv; silikasementer; sementer med høy alkalinitet og kombinasjoner omfattende minst en av de foregående.

20. Fremgangsmåte for sementering av en underjordisk formasjon, hvor fremgangsmåten omfatter: plassering av en sementsammensetning i den underjordiske formasjonen, hvor sementsammensetningen omfatter hydraulisk sement, vann, og en skumdempende sammensetning omfattende en eller flere organiske syreesterpolymerer valgt fra en organisk syreester av polyetylenoksidpolymer, en organisk syreester av en polypropylenoksidpolymer og en blanding derav, og tillate sementen å herde.

21. Fremgangsmåte ifølge krav 20, hvor den skumdempende sammensetningen videre omfatter en organisk syreester av en etylenoksid-propylenoksid blokk-kopolymer.

22. Fremgangsmåte ifølge krav 20, hvor plassering av sementsammensetningen omfatter pumping av sementsammensetningen inn i det ringformede rommet mellom veggene av brønnboringen og huset under en primær fase av en hjelpsementeringsoperasjon.

23. Fremgangsmåte ifølge krav 20, hvor den hydrauliske sementen skummes og den skumdempende sammensetningen tilsettes til den hydrauliske sementen i en mengde som er effektiv for å bryte skummet, for derved å redusere gassinneslutning i den hydrauliske sementen.

24. Fremgangsmåte ifølge krav 20, hvor den skumdempende sammensetning tilsettes ved 0,01 til 1 vekt-% av den hydrauliske sementen.