用于复合水泥组合物的加速剂制造技术

本文中公开用于固井的方法、组合物和系统。一种固井方法可以包括：提供包含火山灰、加速剂和水的复合水泥组合物，其中所述加速剂包含氯盐和硫酸盐，其中所述复合水泥组合物无波特兰水泥或者包含按水泥成分重量计约50％或更少的量的波特兰水泥；以及允许所述复合水泥组合物凝固。

Accelerator for Composite Cement Composition

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于复合水泥组合物的加速剂
技术介绍
在固井(诸如井的施工和补注水泥)过程中，通常利用水泥组合物。水泥组合物可以在各种地下应用中使用。举例来说，在地下的井施工中，管柱(例如，套管、衬管、可膨胀管子等)可以延伸到井筒中并用水泥粘结在适当位置。将管柱用水泥粘结在适当位置的过程通常被称作“初次注水泥”。在典型的初次注水泥方法中，可以将水泥组合物泵抽到井筒的壁与设置于其中的管柱的外表面之间的环空中。所述水泥组合物可以在所述环形空间中凝固，由此形成变硬的、基本上不透水的水泥的环形护套(即，水泥护套)，所述护套可以在井筒中支撑并定位所述管柱并且可以将管柱的外表面结合到地下地层。其中，环绕管柱的水泥护套用于防止环空中流体的迁移以及保护管柱使之免遭腐蚀。水泥组合物还可以用在补注水泥方法中，例如，以密封管柱或水泥护套中的裂纹或小洞、密封强透水地层区或裂缝、放置水泥塞等。可以通过加速剂来调整水泥组合物的凝固时间。加速剂加快水泥组合物在反应过程中变硬所需的时间，这样缩短了WOC(候凝)时间并且提供较快的钻出，因此节省钻机时间。此反应过程可以被称作水泥水化，通过所述水泥水化，水引起最终导致结合的化学反应。加速剂实质上加速了与水的反应，这又减少了(a)稠化时间和/或增加了(b)凝固后的早期抗压强度发展。水泥组合物通常可以包括波特兰水泥。虽然波特兰水泥提供了许多有益的机械性质，但是波特兰水泥大体上是所述水泥组合物的成本的主要组成。为了降低此类水泥组合物的成本，已开发出复合水泥组合物，在所述复合水泥组合物中，已通过包括补充的水泥材料，诸如粉煤灰、火山岩和矿渣，而减少波特兰水泥的浓度，所述补充水泥材料可以通过胶凝活性而促成凝固水泥的机械性质。然而，虽然此类复合水泥组合物可以降低成本，但是其设计可能是具有挑战性的，因为常规的水泥添加剂可能会在波特兰水泥含量减小的组合物中以不同方式起作用。举例来说，在波特兰水泥中可以很好地起作用的加速剂在复合水泥组合物中可能不会提供相同的作用。附图说明这些图式示出了本专利技术的一些实施方案的某些方面，并且将不会用于限制或限定本专利技术。图1是示出复合水泥组合物引入到井筒中的示意图。图2是示出复合水泥组合物引入到井筒中的示意图。图3是示出使用不同加速剂执行的试验的压碎强度的图表。图4是示出使用不同的加速剂浓度执行的试验的压碎强度的图表。图5是示出使用不同的加速剂浓度执行的试验的压碎强度增加的图表。图6是示出使用不同的加速剂浓度执行的试验的抗压强度比对波特兰水泥浓度的图表。具体实施方式本公开可以大体上涉及固井方法和系统。本文中提供了用于复合水泥组合物的加速剂。明确地说，所述加速剂可以包括不同的盐(即，氯化钠和硫酸钠)的组合。所述加速剂可以在复合水泥组合物中使用以引发增强的抗压强度。令人惊讶地，氯化钠与硫酸钠的组合在复合水泥组合物中用作加速剂可以提供增强的抗压强度，虽然每种盐独自地会很少或不会展现出效果。所述复合水泥组合物可以包括火山灰和水。在复合水泥组合物中可以包括包含氯化钠和硫酸钠的加速剂以增强抗压强度。另外，所述复合水泥组合物可以被认为是“低波特兰水泥组合物”，因为所述复合水泥组合物包含按复合水泥组合物中存在的水泥成分的重量(“bwoc”)计约50％或更少的量的波特兰水泥。还可以设计出没有(或实质上没有)波特兰水泥的复合水泥组合物。如本文中使用，术语“水泥成分”是指拥有水泥性质的材料，诸如具有水硬活性或火山灰活性的材料。任选地，所述复合水泥组合物可以包含氢氧化钙和/或一种或多种额外的水泥添加剂。所述复合水泥组合物可以具有适合于特定应用的密度。所述复合水泥组合物可以具有任何合适的密度，包括但不限于在约8磅/加仑(“ppg”)到约16ppg(1g/cm3到1.9g/cm3)的范围内。在发泡实例中，本专利技术的发泡水泥组合物可以具有在约8ppg到约13ppg(1g/cm3到1.6g/cm3)(或更低)的范围内的密度。所述复合水泥组合物可以是发泡或非发泡的或者可以包括用于降低其密度的其它装置，诸如空心微球、低密度弹性珠或本领域中已知的其它密度降低添加剂。本领域的普通技术人员在了解了本公开之后将认识到用于特定应用的合适密度。所述复合水泥组合物中使用的水可以包括(例如)淡水、盐水(例如，含有一种或多种溶解于其中的盐的水)、卤水(例如，从地下地层采出的饱和盐水)、海水或其组合。一般来说，所述水可以来自任何源，只要其不含有过多的可能会不利地影响复合水泥组合物中的其它成分的化合物。可以包含足以形成可泵抽泥浆的量的水。所述复合水泥组合物中可以包含任何合适的量的水，包括但不限于约40％到约200％bwoc的范围。在一些实例中，可以包含在约40％到约150％bwoc的范围内的量的水。所述复合水泥组合物可以包括火山灰。术语“火山灰”是指在水存在的情况下与氢氧化钙反应以形成水泥化合物的硅质或硅质和铝质材料。适合于在地下固井应用中使用的任何火山灰可以用在所述复合水泥组合物中。合适火山灰的实例可以包括粉煤灰、硅灰、农业废灰、天然火山灰(例如，火山岩)或其组合。还可以使用火山灰的组合，诸如两种或两种以上不同的火山灰的组合。火山灰可以以任何合适的量存在于所述复合水泥组合物中，包括但不限于在约5％、约20％到约100％bwoc、从约50％到约100％bwoc、从约50％到约80％bwoc、或从80％到约100％bwoc的范围内。在一些实例中，火山灰可以以在以下任何值之间和/或包括以下任何值的量存在：约5％、约10％、约20％、约30％、约40％、约50％、约60％、约70％、约80％、约90％或约100％bwoc。本领域的普通技术人员在了解了本公开后将能够针对特定应用选择适合类型和量的火山灰。还可以使用火山灰的组合，诸如两种或两种以上不同的火山灰的组合。复合水泥组合物可以包含约20％到约50％bwoc的量的第一火山灰(例如，火山岩、稻壳灰或其它合适的火山灰)和约20％到约50％bwoc的量的第二火山灰(例如，粉煤灰、稻壳灰或其它合适的火山灰)。一种复合水泥组合物可以包含约40％到约45％bwoc的量的第一火山灰、约40％到约45％bwoc的量的第二火山灰和约10％至约20％bwoc的量的波特兰水泥。另一种复合水泥组合物可以包含约20％到约30％bwoc的量的第一火山灰、约20％到约30％bwoc的量的第二火山灰和约40％到约60％bwoc的量的水泥窑粉尘。另一种复合水泥组合物可以包含约35％到约45％bwoc的量的第一火山灰、约35％到约45％bwoc的量的第二火山灰和约10％到约30％bwoc的量的石灰(例如，熟石灰)。合适的火山灰的实例可以包括粉煤灰。粉煤灰可以单独地使用或与一种或多种额外的火山灰(诸如硅灰、农业废灰或天然火山灰)结合使用。各种粉煤灰可以是合适的，包括根据美国石油协会，API油井水泥的材料和试验规范，API规范10，第五版，1990年7月1日被分类为C类和F类粉煤灰的粉煤灰。C类粉煤灰包括二氧化硅和石灰，因此其在与水混合之后可以凝固以形成硬化块体。F类粉煤灰大体上不含有足以引发粘结反应的量的石灰，因此，对于包含F类粉煤灰的复合水泥组合物，额外的钙离子源可能是必需的。在一些实施方案中，石灰可以与按粉煤灰重量计约0.1％到约本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固井方法，所述固井方法包括：提供包含火山灰、加速剂和水的复合水泥组合物，其中所述加速剂包含氯盐和硫酸盐，其中所述复合水泥组合物无波特兰水泥或者包含按水泥成分重量计约50％或更少的量的波特兰水泥；以及允许所述复合水泥组合物凝固。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种固井方法，所述固井方法包括：提供包含火山灰、加速剂和水的复合水泥组合物，其中所述加速剂包含氯盐和硫酸盐，其中所述复合水泥组合物无波特兰水泥或者包含按水泥成分重量计约50％或更少的量的波特兰水泥；以及允许所述复合水泥组合物凝固。2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括将所述复合水泥组合物引入到井筒中。3.如权利要求2所述的方法，其中使用一个或多个泵将所述复合水泥组合物引入到所述井筒中。4.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括使用混合设备来混合所述复合水泥组合物。5.如权利要求1所述的方法，所述火山灰包含选自由以下各者组成的组的至少一种材料：粉煤灰、硅灰、农业废灰和天然火山灰。6.如权利要求1所述的方法，其中所述氯盐包括氯化钠，并且所述硫酸盐包括硫酸钠。7.如权利要求1所述的方法，其中所述复合水泥组合物还包含水泥窑粉尘，并且其中所述火山灰包含粉煤灰和稻壳灰和/或甘蔗灰。8.如权利要求1所述的方法，其中所述复合水泥组合物还包含熟石灰，其中所述火山灰包含粉煤灰和火山岩。9.如权利要求1所述的方法，其中所述加速剂以按水泥成分重量计约1％到约10％的量存在，并且其中所述氯盐和所述硫酸盐以约10:90到约90:10的氯盐对硫酸盐重量比存在。10.如权利要求1所述的方法，其中所述加速剂以按水泥成分重量计约2％到约6％的量存在，并且其中所述氯盐和所述硫酸盐以约25:75到约75:25的氯盐对硫酸盐重量比存在。11.如权利要求1所述的方法，其中所述加速剂以足以使抗压强度与无加速剂的复合水泥组合物相比增加300％以上的量存在，其中所述抗压强度是二十四小时抗压强度。12.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·J·皮斯克拉克，S·W·瑞吉欧，R·G·摩根，T·S·苏迪，S·E·拉姆斯登，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