涉及使用二氧化碳作为反应物的水泥的方法技术

一种在管柱和井眼之间的环形空间进行固井的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供水泥组合物，所述水泥组合物包含缺钙型硅酸钙；(b)使水泥组合物与水混合以形成水泥浆料；(c)使水泥浆料组合物与二氧化碳混合以形成发泡水泥；以及(d)将发泡水泥置于管柱和井眼之间的环形空间中。环形空间中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涉及使用二氧化碳作为反应物的水泥的方法
[0001]本申请要求2019年4月2日提交的美国临时申请系列第62/828,168号的权益，其通过引用纳入本文。
专利

[0002]本专利技术的实施方式提供了使用二氧化碳作为反应物所制备水泥的用途。
[0003]专利技术背景
[0004]在石油和天然气的生产中，在井眼(well bore)内对管柱(piping string)进行固井是很常见的。同样，优点已通过使水泥发泡(例如通过与氮气混合)来降低水泥的密度并由此方便将水泥放置在井眼和管柱之间的环形空间中实现。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个或多个实施方式提供了一种在管柱和井眼之间的环形空间进行固井(cement)的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供水泥组合物，所述水泥组合物包含缺钙型硅酸钙；(b)使水泥组合物与水混合以形成水泥浆料；(c)使水泥浆料组合物与二氧化碳混合以形成发泡水泥；以及(d)将发泡水泥置于管柱和井眼之间的环形空间中。
[0006]本专利技术的其它实施方式提供了一种对井眼内管柱进行固井以在水泥套管内形成二氧化碳捕获和封存区域的方法，其中，管柱具有大致管状构造以及在管柱和井眼之间的大致环形空间，所述大致管状构造具有表面开口以及与该表面开口相对的井下开口；所述方法包括：(a)提供第一水泥组合物，所述水泥组合物包含缺钙型硅酸钙；(b)使第一水泥组合物与水混合以形成第一水泥浆料；(c)提供第二水泥组合物，所述水泥组合物包含富钙型硅酸钙；(d)使第二水泥组合物与水混合以形成第二水泥浆料；(e)将第一水泥浆料放置到环形空间的一部分中以形成包含第一水泥浆料的第一大致环形柱；以及(f)将第二水泥浆料放置到环形空间的一部分中以形成包含第二水泥浆料的第二大致环形柱，其中，所述第一大致环形柱形成二氧化碳封存区域。
[0007]本专利技术的另一实施方式提供了一种对井眼内管柱进行固井以在水泥套管内形成二氧化碳捕获和封存区域的方法，其中，管柱具有大致管状构造以及在管柱和井眼之间的大致环形空间，所述大致管状构造具有表面开口以及与该表面开口相对的井下开口；所述方法包括：(a)提供水泥组合物，所述水泥组合物包含缺钙型硅酸钙；(b)使水泥组合物与水混合以形成水泥浆料；(c)用基本不含二氧化碳的第一气流使水泥浆料的第一部分发泡以形成第一水泥泡沫；(d)将第一水泥泡沫放置到环形空间的一部分中以形成包含第一水泥泡沫的第一大致环形柱；(e)用主要包含二氧化碳的第二气流使水泥浆料的第二部分发泡以形成第二水泥泡沫；以及(f)将第二水泥泡沫放置到环形空间的一部分中以形成包含第二水泥泡沫的第二大致环形柱。
[0008]本专利技术的其它实施方式提供了一种经固井的生产井，其包括：井眼；所述井眼内的管柱；以及在管柱和井眼之间的空间的至少一部分内的大致环形的水泥柱，其中，水泥柱包括第一环形区域和第二环形区域，所述第一环形区域包含缺钙型硅酸钙(calcium
‑
deficient calcium silicate)，并且所述第二环形区域包含富钙型硅酸钙(calcium
‑
rich calcium silicate)。
[0009]本专利技术的其它实施方式提供了一种用于形成可固化水泥组合物的方法，所述方法包括：(a)提供水泥组合物，所述水泥组合物包含缺钙型硅酸钙；(b)使水泥组合物与水混合以形成水泥浆料；以及(c)使水泥浆料组合物与二氧化碳混合以形成发泡水泥。
[0010]本专利技术的其它实施方式提供了一种用于形成可固化水泥组合物的方法，所述方法包括：提供水泥组合物，所述水泥组合物包含缺钙型硅酸钙；以及使水泥组合物与二氧化碳混合以形成可固化水泥组合物。
[0011]本专利技术的其它实施方式提供了一种用于形成可固化水泥组合物的方法，所述方法包括：提供水泥组合物，所述水泥组合物包含缺钙型硅酸钙；放置水泥组合物；以及在放置水泥组合物后原位产生二氧化碳以使得水泥组合物固化。
[0012]本专利技术的其它实施方式提供了一种捕获并封存(sequester)二氧化碳的方法，所述方法包括：提供缺钙型硅酸钙；以及使缺钙型硅酸钙与二氧化碳结合以形成发泡水泥，其中，与缺钙型硅酸钙结合的二氧化碳的量超过使缺钙型硅酸钙固化所需的二氧化碳的量。
[0013]附图简要说明
[0014]图1是在本专利技术实施方式中采用的泡沫发生器的示意图。
[0015]图2是根据本专利技术一些方面进行固井的井的示意图。
[0016]图3是根据本专利技术一些方面的包括多个水泥套管(cement casing)区域的井的示意图。
[0017]示例性实施方式的详述
[0018]本专利技术的实施方式至少部分基于发泡水泥的发现，所述发泡水泥通过在发泡条件下使二氧化碳和包含缺钙型硅酸钙的水泥浆料混合而制备。据信，通过使二氧化碳分散在包含缺钙型硅酸钙的水泥浆料中，可以制备有用的可固化水泥制剂。在具体实施方式中，发泡水泥可以用于油田应用，特别是用于对钻井套管(well casing)进行固井。其它实施方式提供了将超过与缺钙型硅酸钙反应所需量的二氧化碳进料的方法，使得过量的二氧化碳捕获在水泥泡沫内并永久封存在固化水泥内。
[0019]缺钙型硅酸钙
[0020]术语“缺钙型硅酸钙”是指天然存在的矿物或含低于2摩尔钙/摩尔二氧化硅的合成材料。示例性的缺钙型硅酸钙包括：天然存在的CaSiO3；合成的CaSiO3,其被称为假硅灰石或合成硅灰石并且可以配制成CaO.SiO2和Ca3Si2O7，其可以被称为硅钙石(rankinite)并且可以被配制成3CaO.2SiO2。在其它实施方式中，可以使用氢氧钙石(Portlandite)或氢氧化钙代替缺钙型硅酸钙，或除缺钙型硅酸钙之外可以使用氢氧钙石或氢氧化钙。
[0021]不同于缺钙型硅酸钙，可以提及富钙型硅酸钙，其是指天然存在的矿物或含2或更高摩尔钙/摩尔二氧化硅的合成材料。示例性的富钙型硅酸钙包括：Ca2SiO4，其可以被称为贝利特(belite)并且配制为2CaO.SiO2；以及Ca3SiO5，其可以被称为阿利特(alite)并且可以配制成3CaO.SiO2。
[0022]在一个或多个实施方式中，缺钙型硅酸钙或富钙型硅酸钙可以包含一种或多种其它金属离子和氧化物(例如，铝、镁、铁或锰的氧化物)或它们的共混物。
[0023]在一个或多个实施方式中，假硅灰石可以通过采用本领域已知技术来制备，所述
技术公开于美国专利第8,114,367号、美国专利第8,313,802号、美国专利第8,709,960号、美国专利第9,216,926号、美国专利第9,266,147号、美国专利第9,868,667号、国际专利WO 2009/102360(PCT/US2008/083606)、国际专利WO 2011/053598(PCT/US2010/054146)、国际专利WO 2011/090967(PCT/US2011/021623)和美国公开第2012/0312194号、美国公开第20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在管柱和井眼之间的环形空间进行固井的方法，所述方法包括以下步骤：(a)提供水泥组合物，所述水泥组合物包含缺钙型硅酸钙；(b)使水泥组合物与水混合以形成水泥浆料；(c)使水泥浆料组合物与二氧化碳混合以形成发泡水泥；以及(d)将发泡水泥放置到管柱和井眼之间的环形空间中。2.如前述权利要求所述的方法，其中，所述混合步骤包括：使水泥组合物与水和发泡剂进行混合。3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，缺钙型硅酸钙选自下组：硅灰石、假硅灰石、硅钙石以及它们中两种或更多种的混合物。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，缺钙型硅酸钙包括经研磨的硅酸钙。5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，经研磨的硅酸钙的中值粒径为约5微米至约200微米。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，经研磨的硅灰石或假硅灰石的体积密度为约0.6克/毫升至约0.8克/毫升。7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，经研磨的硅灰石或假硅灰石的表面积为约1.5米2/克至约2.0米2/克。8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，湿水泥组合物包含低于60重量％的水。9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，水泥组合物的固体部分包含大于50重量％的缺钙型硅酸钙。10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，水泥包含大于50重量％的选自主下组的硅酸钙：硅灰石、假硅灰石以及它们的混合物。11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所形成的水泥的二氧化碳体积分数为约8％至约70％。12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述步骤(c)的使水泥浆料与二氧化碳混合包括：对二氧化碳进行加压以形成增压二氧化碳流，然后使增压二氧化碳流与水泥浆料接触。13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，管柱具有大致管状构造，其具有在井眼中表面开口处或其附近的表面开口以及与该表面开口相对的井下开口，所述步骤(d)的放置发泡水泥包括：首先将发泡水泥放置到管柱中以在管柱内形成发泡水泥柱，然后对发泡水泥柱施加向下的力，迫使发泡水泥通过井下开口从管柱中排出进入环形空间。14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，水泥组合物的固体部分包含小于50重量％的选自下组的富钙型硅酸钙：阿利特和贝利特。15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，缺钙型硅酸钙包含一种或多种其它金属离子和氧化物。16.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，水泥组合物还包含硅酸镁。17.一种对井眼内的管柱进行固井以在水泥套管内形成二氧化碳捕获和封存区域的方法，其中，管柱具有大致管状构造以及在管柱和井眼之间的大致环形空间，所述大致管状构造具有表面开口以及与该表面开口相对的井下开口；所述方法包括：(a)提供第一水泥组合物，所述第一水泥组合物包含缺钙型硅酸钙；
(b)使第一水泥组合物与水混合以形成第一水泥浆料；(c)提供第二水泥组合物，所述第二水泥组合物包含富钙型硅酸钙；(d)使第二水泥组合物与水混合以形成第二水泥浆料；(e)将第一水泥浆料放置到环形空间的一部分中以形成包含第一水泥浆料的大致环形的第一柱；以及(f)将第二水泥浆料放置到环形空间的一部分中以形成包含第二水泥浆料的大致环形的第二柱，其中，所述大致环形的第一柱形成二氧化碳封存区域。18.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使所述步骤(e)的放置第一水泥浆料与所述步骤(f)的放置第二水泥浆料进行协调，以使得相对于大致环形的第二柱，大致环形的第一柱靠近管...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：含氧低碳投资有限责任公司，
类型：发明
国别省市：