用于取比表面积近似值的需水量测量的应用制造技术

提供了井筒固井方法。一种分析固体微粒的方法，包括：测量所述固体微粒的需水量；以及根据所述需水量确定所述固体微粒的比表面积近似值。

Application of Water Demand Measurement for Approximate Specific Surface Area

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于取比表面积近似值的需水量测量的应用
技术介绍
在固井(诸如井施工和补救固井)中，通常利用水泥组合物。水泥组合物可在多种地下应用中使用。例如，在地下井施工中，管柱(例如，套管、衬管、膨胀管等)可伸入井筒中并且用水泥固定在适当位置。将管柱用水泥固定在适当位置的方法通常称为“初次注水泥”。在典型的初次注水泥方法中，水泥组合物可被泵送入井筒的壁与设置在井筒中的管柱的外表面之间的环带中。水泥组合物可在环状空间中凝固，由此形成具有硬化的、大致上不可透水泥的环状护套(即，水泥护套)，所述环状护套可将管柱支撑并定位在井筒中并且可将管柱的外表面粘结到地下地层。除了其他情况之外，围绕管柱的水泥护套起作用防止环带中流体的迁移，以及保护管柱不受腐蚀。水泥组合物还可用于补注水泥方法中，例如，用于密封管柱或水泥护套中的裂痕或孔洞，用于密封高渗透地层区域或断口，用于放置水泥塞等等。固井中的特定挑战是在放置在地下地层中之后的合理时间段内在水泥组合物中发展出令人满意的机械性质。通常测试具有不同添加剂的几种水泥组合物，以查看它们是否满足特定井的材料工程要求。选择水泥组合物组分的过程通常通过最佳猜测方法完成，该最佳猜测方法通过利用先前的浆料并对所述先前的浆料进行改性直至达到满意的溶液来进行。该过程可能是耗时的并且所得浆料可能是昂贵的。此外，在任何一个特定区域中可用的胶结组分可以与另一个区域中可用的胶结组分在组成方面不同，从而使选择正确浆料的过程进一步复杂化。附图说明这些附图图示本专利技术的一些实施方案的特定方面，且应不用于限制或界定本专利技术。图1是示出压缩强度指数计算的模拟结果的图表。图2是示出压缩强度指数计算的模拟结果的图表。图3是用于分析胶结组分的示例系统的示意图。图4是用于产生水泥组合物的示例性系统的示意图。图5是示出将水泥组合物引入井筒中的示意图。具体实施方式本公开可总体涉及固井方法和系统。本文提供了基于生理化学性质来对二氧化硅源、水泥和其他材料进行鉴定和分类的方法。在一些示例中，需水量测量可以与比表面积相关，使得可以对水泥组分的比表面积取近似值。水泥组合物的每种水泥组分的物理化学性质可影响浆料的最终凝固机械性质，以及动态或基于时间的性质，诸如可混合性、流变性、粘度等。每种水泥组分都可能影响所提到的性质中的一种或多种性质。例如，可以将本地来源的粉煤灰添加到水泥组合物中。所添加的粉煤灰可以增加水泥组合物的压缩强度，并且可以对例如水泥组合物的增稠时间没有影响。在另一个区域中，本地来源的粉煤灰也可以增加水泥组合物的压缩强度，但还可能增加增稠时间。在执行多个实验室测试之前，可能无法实现水泥组合物的不可预测的行为。由于比表面积测量可能需要可能不总是可用的专用设备，因此可以使用需水量测量来取比表面积的近似值。一旦比表面积可用，就可以确定水泥组分的反应性并将所述反应性用于设计水泥组合物。水泥组合物通常可包含水和水泥添加剂。水泥添加剂可包含两种或更多种水泥组分，所述两种或更多种水泥组分可在与水混合之前干混以形成水泥添加剂。或者，各水泥组分在与水混合之前可以不进行组合。水泥组分通常可描述为碱溶性的。虽然设想了许多不同的实施方案，但是水泥组合物可包含水和水泥添加剂，其中所述水泥添加剂包括水硬水泥和两种或更多种二氧化硅源，所述两种或更多种二氧化硅源为诸如水泥窑灰和天然火山灰。如本文更详细描述的，水泥组合物可以根据本领域普通技术人员的需要而发泡和/或延伸。水泥组合物可具有适合于特定应用的密度。水泥组合物的密度可以在约8磅/加仑(“ppg”)至约16ppg的范围内。在经发泡的示例中，本专利技术的发泡的水泥组合物的密度可以在约8ppg至约13ppg(或甚至更低)的范围内。水泥组合物中使用的水可包括例如淡水、盐水(例如，含溶解在水中的一种或更多种盐的水)、卤水(例如，从地下地层产生的饱和盐水)、海水，或它们的组合。通常，水可来自任何来源，前提是它不含可能非期望地影响水泥组合物中的其它组分的过量化合物。可包括足以形成可泵送浆料的量的水。水可以在按水泥添加剂的重量计(“bwoc”)约40％至约200％的范围内而包含在水泥组合物中。在一些示例中，水可以在约40％至约150％bwoc的范围内的量被包含。水泥添加剂可包括两种或更多种水泥组分。根据本公开，可以利用各种水凝水泥，包括但不限于那些包含钙、铝、硅、氧、铁和/或硫的水凝水泥，所述水凝水泥通过与水反应而凝固和硬化。合适的水硬水泥可包括波特兰水泥、石膏，以及高氧化铝含量的水泥等。适用于本公开的波特兰水泥可根据美国石油协会的APISpecificationforMaterialsandTestingforWellCements，API规范10，第五版，1990年7月1日而被分类为A级、C级、G级和H级水泥。另外，在一些示例中，适用于本专利技术的水泥可以分类为ASTMI型、II型、III型或V型。可以被认为是“低波特兰”的水泥组合物可以通过使用本文公开的技术来设计。当存在时，水硬水泥通常可以以足以提供所需压缩强度、密度和/或成本的量包含在水泥组合物中。水硬水泥可以任何合适的浓度存在于水泥组合物中，包括在约0％至约99％bwoc范围内的量。水硬水泥可以在约1％、约5％、约10％、约20％、约40％、约60％、约80％、或约90％bwoc的任何量之间的范围内和/或包括所述任何量的量存在。水泥组分可以被认为是“低波特兰”是因为波特兰水泥(在使用的情况下啊)可以以约40％或更低的bwoc、或者约10％或更低的量存在于水泥组合物中。水泥组合物还可以设计为不含(或基本上不含)波特兰水泥。受益于本公开益处的本领域普通技术人员应该能够针对特定应用选择适当量的水硬水泥。除波特兰水泥外，还可以使用可被认为是碱溶性的其他水泥组分。在水泥组分至少部分可溶于pH7.0或更高的水溶液中的情况下，水泥组分被认为是碱溶性的。碱溶性水泥组分中的某些碱溶性水泥组分可包含土工聚合物水泥，所述土工聚合物水泥可包含硅铝酸盐源、金属硅酸盐源和活化剂。土工聚合物水泥可以反应形成土工聚合物。土工聚合物是形成长距离、共价键合的非晶网络的无机聚合物。土工聚合物可以通过以下方式形成：进行化学溶解，以及随后进行各种硅铝酸盐和硅酸盐的再缩合，以形成3D网络或三维矿物聚合物。活化剂可包括但不限于金属氢氧化物氯化物盐(诸如KCl、CaCl2、NaCl)、碳酸盐(诸如Na2CO3)、硅酸盐(诸如硅酸钠)、铝酸盐(诸如铝酸钠)，以及氢氧化铵。硅铝酸盐源可包含任何合适的硅铝酸盐。硅铝酸盐是包含铝、硅和氧，以及抗衡阳离子的矿物质。可能有数百种合适的矿物质可以是硅铝酸盐源，因为它们可包含硅铝酸盐矿物质。如果可以知道特定性质(诸如组成)，则每种硅铝酸盐源可以潜在地用于特定情况。诸如红柱石、蓝晶石和硅线石之类的一些矿物质是具有相同的组成Al2SiO5，但晶体结构不同的天然存在的硅铝酸盐源。由于晶体结构不同，每种矿物质红柱石、蓝晶石或硅线石可以在相同的温度和压力下或多或少地快速反应和反应至不同的程度。其他合适的硅铝酸盐源可包括但不限于煅烧粘土、部分煅烧的粘土、高岭石粘土、红粘土、伊利石粘土、火山岩、矿山尾矿、高炉矿渣，以及粉煤灰。金属硅酸盐源可包括任何合适的金属硅酸盐。硅酸盐是含有阴离子硅化合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分析固体微粒的方法，包括：测量所述固体微粒的需水量；以及根据所述需水量确定所述固体微粒的比表面积的近似值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种分析固体微粒的方法，包括：测量所述固体微粒的需水量；以及根据所述需水量确定所述固体微粒的比表面积的近似值。2.如权利要求1所述的方法，其中所述需水量是获得预定稠度所需的水与所述固体微粒的重量比。3.如权利要求1所述的方法，其中测量所述需水量包括用指定量的水制备搅拌器，以指定的搅拌器速度搅拌所述搅拌器，将所述固体微粒添加到所述水中直到获得预定的稠度，以及基于用于获得所述预定稠度的所述水与所述固体微粒的重量比来计算所述需水量。4.如权利要求3所述的方法，其中当混合所述固体微粒和所述水时在所述搅拌器表面形成的涡流的直径为约0mm至约50mm时，获得所述指定的稠度。5.如权利要求1所述的方法，其中确定比表面积的近似值包括将所述需水量输入到等式中以获得所述比表面积的所述近似值的输出。6.如权利要求1所述的方法，其中所述固体微粒包括碱溶性的二氧化硅源。7.如权利要求1所述的方法，其中所述固体微粒包括选自由以下项组成的组的至少一种二氧化硅源：粉煤灰、矿渣、煅制二氧化硅、结晶二氧化硅、硅粉、水泥窑灰、火山岩、珍珠岩、偏高岭土、硅藻土、沸石、页岩、农业废灰、稻壳灰、甘蔗灰、波特兰水泥、蔗渣灰，以及它们的组合。8.如权利要求1所述的方法，还还包括测量所述固体微粒的至少一种附加性质，所述至少一种附加性质选自由压缩强度、杨氏模量和拉伸强度组成的组。9.如权利要求1所述的方法，还包括将所述固体微粒包含在水泥组合物中，以及使所述水泥组合物凝固。10.一种固井方法，包括：测量固体微粒的需水量；根据所述需水量确定所述固体微粒的比表面积近似值；确定包含所述固体微粒的水泥组合物的压缩强度的近似值；制备所述水泥组合物，其中所述水泥组合物包含所述固体微粒、一种或多种附加固体微粒、和水；以及使所述水泥组合物在预定位置凝固。11.如权利要求10所述的方法，还包括将所述水泥组合物引入井筒中。12.如权利要求11...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·G·摩根，T·J·皮斯克拉克，S·W·瑞吉欧，S·J·路易斯，
申请(专利权)人：哈利伯顿能源服务公司，
类型：发明
国别省市：美国,US