水泥浆、固化水泥及其制备和使用方法技术

提供水泥浆、固化水泥、固化水泥的制造方法和使用水泥浆的方法。水泥浆含有水、水泥前体材料、具有10‑20个碳原子的醇表面活性剂和包含具有16‑18个碳的脂族链的羧酸。在一些实施方案中，醇表面活性剂可包含式R‑(OC2H4)x‑OH，其中R为具有10至20个碳的烃基，x为1至10的整数。固化水泥含有水、水泥、具有10‑20个碳原子的醇表面活性剂和包含具有16‑18个碳的脂族链的羧酸。在一些实施方案中，醇表面活性剂可包含式R‑(OC2H4)x‑OH，其中R为具有10至20个碳的烃基，x为1至10的整数。

Cement slurry, solidified cement and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水泥浆、固化水泥及其制备和使用方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年6月21日提交的美国专利申请序列号15/628895、2017年2月3日提交的美国临时专利申请序列号62/454,189和2017年2月3日提交的美国临时专利申请序列号62/454,192的优先权，所有这些都通过引用整体并入本文。
本公开的实施方案一般涉及水泥浆和制备和使用水泥浆的方法以及固化水泥和制备固化水泥的方法。具体地，本公开的实施方案涉及具有醇表面活性剂和羧酸的水泥浆和固化水泥，以及制备和使用具有醇表面活性剂和羧酸的水泥浆和固化水泥的方法。
技术介绍
水泥浆用于石油和天然气工业，例如用于石油和天然气井中的固井。例如，可以使用初级、补救、挤压和堵塞固井技术，将水泥护套放置在套管和井层之间的环空中，以便进行井维修、井稳定性、井下放弃(密封旧井以消除安全隐患)，以及许多其他应用。由于石油和天然气井可以位于多个不同的位置，因此这些水泥浆必须能够在各种温度和条件下始终如一地发挥作用。例如，水泥浆可以在冷冻永久冻土区中低于0°的条件下使用，并且在地热井中的温度超过400℃时使用，并且因此必须能够在各种条件下适当地凝固。水泥浆的适当硬化对于固化水泥组合物的强度和性能特性是至关重要的。然而，传统的水泥溶液由于浆料的粘性而具有差的流动性，在处理或泵送水泥时产生问题，因为浆料的均匀放置可能非常困难。此外，水泥浆通常与可能存在于套管或井筒壁中的其他流体(例如钻井液)不相容，并且长时间接触可能导致水泥浆凝胶化，从而妨碍水泥的正确放置和移除。当将水泥浆固化成固化水泥时会遇到其他问题。水泥浆通常通过水基反应固化，因此，过多或过少的水分损失会对硬化过程产生负面影响。由于恶劣天气、井周围土壤的条件或许多其他因素，水可能会丢失或获得。
技术实现思路
因此，一直需要具有良好流动性和可泵送性以及改进的流体损失控制的水泥浆和用于均匀固化而没有不需要的额外添加剂或人工产生的条件的固化水泥组合物。本专利技术的实施方案通过提供水泥浆以及制备和使用具有改进的流变性和流体损失控制的水泥浆的方法以及固化水泥和制备具有改善的硬度和良好润湿性的均匀固化的固化水泥的方法来满足这些需求。在一个实施方案中，提供水泥浆，其含有水、水泥前体材料、具有10-20个碳原子的醇表面活性剂和具有16-18个碳原子的羧酸。醇表面活性剂可具有12至13.5的亲水-亲油平衡(HLB)。在一些实施方案中，醇表面活性剂具有式R-(OC2H4)x-OH的，其中R是包含10-20个碳原子的烃基，x是1-10的整数。在另一个实施方案中，提供了固化水泥，其中固化水泥含有具有10-20个碳原子的醇表面活性剂和具有16-18个碳原子的羧酸。醇表面活性剂的HLB可为12至13.5。在一些实施方案中，醇表面活性剂具有式R-(OC2H4)x-OH的，其中R是包含10-20个碳原子的烃基，x是1-10的整数。在另一个实施方案中，提供了生产固化水泥的方法。该方法包括将水与水泥前体、具有10-20个碳原子的醇表面活性剂和具有16-18个碳原子的羧酸混合。醇表面活性剂的HLB可为12至13.5。在一些实施方案中，醇表面活性剂具有式R-(OC2H4)x-OH的，其中R是包含10-20个碳原子的烃基，x是1-10的整数。该方法还包括将水泥浆固化成固化水泥。在另一个实施方案中，提供了将套管固井的方法。该方法包括将水泥浆泵送到套管和井筒之间的环空中。水泥浆包括水、水泥前体材料、具有10-20个碳原子的醇表面活性剂和具有16-18个碳原子的羧酸。醇表面活性剂的HLB可为12至13.5。在一些实施方案中，醇表面活性剂具有式R-(OC2H4)x-OH的，其中R是包含10-20个碳原子的烃基，x是1-10的整数。该方法还包括固化水泥浆以在井筒中粘结套管。所述实施方案的另外的特征和优点将在以下具体实施方式中给出，并且通过该具体实施方式所述另外的特征和优点的一部分对于本领域技术人员而言将是显而易见的，或者通过实施所述实施方案(包括以下具体实施方式以及权利要求书)认识到所述另外的特征和优点的一部分。具体实施方式本公开的实施方案涉及水泥浆和制备和使用水泥浆的方法，所述水泥浆具有改善的流变性等性质，例如改善的流动性和可泵送性。如贯穿本公开所使用的，“水泥浆”是指包含水泥前体的组合物，所述水泥前体与至少水混合以形成水泥。水泥浆可包含煅烧氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)、氧化钙(CaO，也称为石灰)、氧化铁(FeO)、氧化镁(MgO)、粘土、沙子、砾石、硅沙、硅粉、四氧化镁和这些的混合物。在一些特定实施方案中，本公开的实施方案还涉及生产和使用水泥浆的方法，用于石油和天然气工业。本公开的其他实施方案涉及固化水泥和生产固化水泥的方法。如贯穿本公开内容所使用的，“固化水泥”是指水泥浆组分的固化、硬化反应产物。作为非限制性实例，本公开的水泥浆和固化水泥组合物可用于油气钻孔行业，例如用于在油气井中粘结。油气井可以在地球的地下部分形成，有时称为地下地质地层。井筒可用于将自然资源，例如石化产品连接到地平面表面。在一些实施方案中，井筒可以在地质地层中形成，例可通过钻孔过程形成。为了钻探地下井或井筒，将包括钻头和钻铤以对钻头进行加重的钻柱插入预钻孔中并旋转以切入孔底部的岩石中，从而产生岩屑。通常，在钻井过程中可以使用称为“钻井泥浆”的钻井液。为了从井筒底部移除岩屑，钻井液通过钻柱向下泵送到钻头。钻井液冷却钻头并将岩屑远离钻头升起，并且随着钻井液再循环回到地面将岩屑向上携带。在某些情况下，可以将套管插入井筒中。套管可以是管道或其他管状结构，其直径小于井筒的直径。通常，套管可以下降到井筒中，使得套管的底部到达井筒底部附近的区域。在一些实施方案中，可以通过将水泥浆插入套管的外边缘和井筒的边缘(地层的表面)之间的环形区域中来粘结套管。通过将水泥浆泵入套管的内部、套管的底部、套管的底部周围、进入环形区域、或者这些的部分或全部的组合，可以将水泥浆插入环形区域。水泥浆可以置换钻井液，将其推到井的顶部。在一些实施方案中，通过在将水泥浆泵入井中之前置换和移除钻井液，隔离液可用作水泥浆和钻井液之间的缓冲液，以阻止钻井液和水泥浆之间接触。在将适量的水泥浆插入套管的内部区域之后，在一些实施方案中，可以利用置换流体将水泥浆推出套管的内部区域并进入环形区域。该置换可以使整个隔离液和钻井液从环形区域移出井筒顶部。然后可以使水泥浆固化或以其他方式使其硬化。为了确保井的稳定性和安全性，重要的是将水泥浆适当地硬化成固化水泥。如果在固化之前水泥浆未均匀地放置或者水泥浆中的流体损失，则水泥浆可能不会均匀地硬化成固化水泥。因此，水泥浆的粘度和流动性对于确保适当的放置是重要的。类似地，减少水泥浆的流体损失确保了均匀的硬化，因为固化通常涉及与水泥浆的水基反应。水太多或太少都会影响硬度，从而影响所生产的固化水泥的质量。许多条件可能影响水泥浆的流体损失。例如，水可以从浆料中抽出到可渗透的地层中，特别是如果泵送停止并且浆料变得静止而没有硬化。当水泥浆通过收缩处时，例如套管和环空之间的紧密间隙，水也可能由于置换而损失，这可能会“挤压”浆料中的水。不利的天气和土壤条件可能会进一步影响水泥浆中存在的水量。因此，控制水泥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水泥浆，其包括：水；水泥前体材料；具有10‑20个碳原子的醇表面活性剂；和包含具有16‑18个碳的脂族碳链的羧酸。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.03 US 62/454,189;2017.02.03 US 62/454,192;1.一种水泥浆，其包括：水；水泥前体材料；具有10-20个碳原子的醇表面活性剂；和包含具有16-18个碳的脂族碳链的羧酸。2.根据权利要求1所述的水泥浆，其中所述醇表面活性剂包括下式：R-(OC2H4)x-OH其中R是具有10-20个碳原子的烃基，x是1到10的整数。3.根据权利要求2所述的水泥浆，其中所述醇表面活性剂具有12-13.5的亲水-亲油平衡值(HLB)。4.根据权利要求2所述的水泥浆，其中所述水泥浆含有10至70％BWOC(按水泥重量计)的水。5.根据权利要求2所述的水泥浆，其中所述水泥浆含有10至90％BWOC的水泥前体材料。6.根据权利要求2所述的水泥浆，其中所述水泥浆含有0.1至10％BWOC的所述醇表面活性剂。7.根据权利要求2所述的水泥浆，其中所述水泥浆含有0.1至10％BWOC的所述羧酸。8.根据权利要求2所述的水泥浆，其中所述羧酸选自棕榈酸、棕榈油酸、异油酸、油酸、反油酸、亚油酸、α-亚麻酸、γ-亚麻酸、十八碳四烯酸及其组合。9.根据权利要求2所述的水泥浆，其中所述羧酸具有0.93克/立方厘米(g/cm3)至0.95g/cm3的密度，和30至35厘泊(cP)的粘度。10.根据权利要求2所述的水泥浆，其中所述水泥浆具有小于或等于50毫升(mL)的30分钟后总流体损失，根据ASTMAPIRP1...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿卜杜拉·阿尔雅美，维克兰特·瓦格尔，侯赛因·阿尔巴哈尼，阿里·萨夫兰，
申请(专利权)人：沙特阿拉伯石油公司，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯,SA