用于固井应用的多用途添加剂制造技术

本发明专利技术提供一种用于提高由波特兰水泥制成并且用于固井的水泥浆液的性能的多用途添加剂，所述多用途添加剂包括抑制在间隙相内产生的凝胶化的硅酸盐和／或硼酸盐类。本发明专利技术的添加剂显著提高流变性（即，强分散作用），甚至可以克服严重的凝胶化问题。在高于约８８℃（１９０℉）的温度，所述添加剂起着缓凝剂助剂的作用，从而能够显著降低实现给定的增稠时间所需的缓凝剂的浓度。

Multipurpose additive for cementing applications

The present invention provides a method for improving cement made by Portland and for the performance of the cement slurry cementing additives, the use of additives including inhibition of gelation in the gap is generated within the silicate and / or boric acid salts. The additive of the invention remarkably improves rheology (i.e., strong dispersion) and can even overcome severe gelation problems. In the above about 88 degrees Celsius (190 degrees Fahrenheit) temperature, the additive plays an auxiliary role of retarder, which can significantly reduce the implementation of a given thickening time required for the concentration of retarder.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术广泛涉及固井。更具体而言，本专利技术涉及一种用于水泥组合物 的添加剂以及相关的固井方法。现有技术描述用于油井固井作业的水泥浆液典型地基于作为水硬性胶结剂的波特 兰水泥。这种称为水合的水泥凝固是存在于浆液中的水和水泥材料之间的 化学反应，该反应使浆液首先凝胶化，然后随着时间发展而凝固成固体。 在使用中，在地面制备水泥、水和其它固体和/或液体添加剂的可泵送浆液。特别难以在高温下延缓波特兰水泥的水合，并且已经开发了强效缓凝 剂。然而，它们可能产生不可预知的结果，原因是水泥浆液的增稠时间和 水泥的压縮强度开始产生的时间对缓凝剂浓度很敏感。而且，这些缓凝剂 的温度上限有时对于将高温井固井太低。因而，通常需要加入缓凝剂增强 剂。己知钠硼酸盐(例如，硼砂)和硼酸是有效的"缓凝剂增强剂"。然而， 这些化学品与一些其它高温添加剂并不总是相容的，因此，可能损害水泥 浆液的失水量控制和流变性。FR2,667，058描述了在回接应用(即，当需要水泥护层从井底一路延伸 到地面时)中，硅酸盐在缓凝的水泥浆液中的使用。在这种应用中，使用葡 庚糖酸盐缓凝剂来延缓水泥在更高温度的井底环境下的凝固，并且在浆液 中包含较大量(17.75 L/吨的水泥)的硅酸钠，从而在处于低得多的温度的地 面导致凝固。专利申请WO2005/024175描述了硅酸盐作为缓凝剂增强剂在较高和 较低温度下的使用。然而，加入的硅酸盐的量没有进行控制。而且，缓凝 剂只适用于固井浆液，对于例如建筑注水泥浆液是无益的，因而对于水泥 的可变性不是适合的。在固井中经常遇到这种水泥反应性的可变性问题。水泥的反应性将确定水泥将如何快速地凝固。为了有助于水泥作业设计，已经确定了一系列 水泥分类，它们表示水泥的反应性和对某些固井应用的适用性的一般水 平。 一个这样的分类是美国石油学会(API)的分类，其提供适用于固井的水泥的分类A-H，这些固井体系被称为油田水泥组合物。然而，满足这些分 类的水泥通常是相对昂贵的。在全世界许多地方，建筑水泥通常比API水泥更便宜，并且更容易获得，这些建筑用的注水泥体系被称为建筑水泥组 合物。然而，它们可变的反应性和不可靠的性能使得将它们用于固井应用 是冒险的，特别是在温度逐渐增加时，原因是通常有浆液凝固太快或根本 不凝固的可能性。当考虑到在井底部和顶部的温度效应以及添加剂如缓凝 剂的作用的不可靠性时，这些水泥的使用尽管在经济上是适宜的，但被认 为是不可接受地冒险的。目前，对于控制这些水泥的凝固性能以能够使它 们用于固井用途，没有容易实施的方法。因此，仍然需要提供解决水泥反应性的可变性问题的用于延缓水泥凝 固的方法和组合物。本专利技术的一个目的是提供这种用于每一种水泥组合 物，包括油田和建筑注水泥组合物的添加剂。专利技术概述本专利技术提供一种用于提高由波特兰水泥制成并且用于固井的水泥浆 液的性能的多用途添加剂，所述多用途添加剂包括抑制在间隙相内产生的 凝胶化的硅酸盐和/或硼酸盐类。本专利技术的添加剂显著提高流变性(即，强分散作用)，甚至可以克服严重的凝胶化问题。在高于约88。C (190。F)的温 度，所述添加剂起缓凝剂助剂的作用，从而能够显著降低实现给定的增稠 时间所需的缓凝剂的浓度。优选地，添加剂包括加入到浆液的通式(SiOA(M20)的碱金属硅酸盐， 其中M是碱金属。此外，所述硅酸盐具有释放聚硅酸根阴离子的性能。看 起来将一些聚硅酸根阴离子释放到水溶液中的碱金属硅酸盐降低波特兰 水泥的间隙相的水合速率。当硅酸盐的Si02: M20(M为Na或K)摩尔比等于 或高于1.5时，聚硅酸根阴离子大量存在于水溶液中。当不能使用液体添加 剂时，Si02:Na20摩尔比为3.32的固体硅酸钠表现出比该领域中通常使用的 偏硅酸钠(Na2Si03， 1的Si02:Na20摩尔比)更加有效。这种硅酸盐必须部分水解以增加其在水泥浆液中的溶解速率。优选地，Si02:Na20摩尔比在1.68 -3.37的范围内。优选地，添加剂包括加入到浆液的通式(B203)y(N20)的碱金属硼酸盐，其中N是碱金属。此外，硼酸盐具有释放聚硼酸根阴离子的性能。看起来 将一些聚硼酸根阴离子释放到水溶液中的碱金属硼酸盐降低波特兰水泥 的间隙相的水合速率。当硼酸盐的B203: N20(M为Na或K)摩尔比等于或高 于2时，聚硼酸根阴离子大量存在于水溶液中。优选地，B203: N20摩尔比 在2-5的范围内。在本专利技术的另一个方面中，本专利技术提供如上所述的多用途添加剂与缓 凝剂的应用，所述缓凝剂包含在由下列组成的名单中选择的至少一种组 分葡糖酸盐、葡庚糖酸盐、羟基羧酸(hydroxycarboxylic acids)、羟基羧 酸盐、羟基羧酸和/或盐以及木质素磺酸盐的混合物、羟基羧酸 (hydrocarboxylic acids)和/或盐以及木质素胺衍生物的混合物、未精制和精 制的木质素磺酸盐。在本专利技术的另一个方面中，本专利技术提供一种制备由波特兰水泥制成并且用于固井的水泥浆液的方法，所述方法包括(i)提供由波特兰水泥制成的水硬水泥；和(ii)将如上所述的多用途添加剂与所述水硬水泥在所述 浆液中以在所述水硬水泥的约0.1重量％至约20重量％的范围内的量组合。优选所述方法还包括添加缓凝剂，所述缓凝剂包含在由下列组成的名单中 选择的至少一种组分葡糖酸盐、葡庚糖酸盐、羟基羧酸、羟基羧酸盐、羟基羧酸和/或盐以及木质素磺酸盐的混合物、羟基羧酸和/或盐以及木质 素胺衍生物的混合物、未精制和精制的木质素磺酸盐。在本专利技术的另一个方面中，本专利技术提供一种使用由波特兰水泥制成的水泥浆液对井眼所穿透的地下区在温度高于约88。C(190。F)固井的方法，所 述方法包括(i)提供由波特兰水泥制成的水硬水泥；(ii)将如上所述的多 用途添加剂与所述水硬水泥在所述浆液中以在所述水硬水泥的约0.1重量 %至约20重量％的范围内的量组合；(iii)通过所述井眼将预先形成的含有所 述多用途添加剂的所述浆液泵送到地下区中；和(iv)使所述浆液凝固。优 选所述方法还包括添加缓凝剂，所述缓凝剂包含在由下列组成的名单中选 择的至少一种组分葡糖酸盐、葡庚糖酸盐、羟基羧酸、羟基羧酸盐、羟基羧酸和/或盐以及木质素磺酸盐的混合物、羟基羧酸和/或盐以及木质素 胺衍生物的混合物、未精制和精制的木质素磺酸盐。附图简述此外，可以使用附图理解本专利技术的实施方案。 附图说明图1显示了在关于在93。C使用建筑水泥组合物和多用途添加剂的增稠时间的图表。 图2显示了关于在85。C使用建筑水泥组合物和多用途添加剂的流变 性的图表。 图3显示了关于布85。C使用建筑水泥组合物和多用途添加剂的量热 曲线(profiles)的图表。 图4显示了在关于在77。C、 85。C和93。C使用油田水泥组合物和多用 途添加剂的增稠时间的图表。专利技术详述 油田水泥组合物测试了硅酸钠类型的多用途添加剂。在高温研究了三种不同的硅酸钠 对使用两种不同的木质素磺酸盐缓凝剂缓凝的两种G级水泥(美国石油学 会分类)浆液的流变性和增稠时间的影响。在表1中记录了所述的三种硅酸钠的特征。硅酸盐1和2(偏硅酸钠)为固 体形式，并且硅酸盐3为浓縮液形式(玻璃水)。Si02:Na20摩尔比对于硅酸 盐1为3.32，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提高由波特兰水泥制成并且用于固井的水泥浆液的性能的添加剂，所述添加剂的特征在于包括抑制在所述波特兰水泥的间隙相内产生的凝胶化的硅酸盐和／或硼酸盐组分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：让菲利普卡里泰，米歇尔米肖，塔季扬娜皮亚京娜，弗雷德里克泰里，
申请(专利权)人：普拉德研究及开发股份有限公司，
类型：发明
国别省市：VG[英属维尔京群岛]