书签 分享 收藏 举报 版权申诉 / 6

CSH悬浮液在固井中的应用.pdf

  • 上传人:小**
  • 文档编号:1702861
  • 上传时间:2018-07-05
  • 格式:PDF
  • 页数:6
  • 大小:1.36MB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN201180012080.7

    申请日:

    2011.01.27

    公开号:

    CN102782080A

    公开日:

    2012.11.14

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C09K 8/467申请日:20110127|||公开

    IPC分类号:

    C09K8/467; C04B22/00; C04B24/26

    主分类号:

    C09K8/467

    申请人:

    巴斯夫欧洲公司

    发明人:

    R·赖歇贝奇-克林科; L·尼克尔奥

    地址:

    德国路德维希港

    优先权:

    2010.04.21 EP 10160574.9

    专利代理机构:

    北京北翔知识产权代理有限公司 11285

    代理人:

    吴晓萍;钟守期

    PDF完整版下载: PDF下载
    内容摘要

    本发明涉及用于无机粘合料的促凝剂组合物在地下石油和天然气储集层的开发、开采和完井以及深孔钻井中的用途,所述促凝剂组合物包括至少一种适合作为水硬性粘合料的减水剂的水溶性梳状聚合物,以及硅酸钙水合物颗粒。根据本发明的用途不仅加速水泥浆的凝固和硬化,而且缩短硬化水泥浆的静胶凝强度从100lb/100ft2(4.88kg/m2)增加到500lb/100ft2(24.4kg/m2)的时间。

    权利要求书

    1: 一种用于无机粘合料的促凝剂组合物的用途, 用于地下矿物油和天然气储集层的开 发、 开采和完井以及深孔钻井中, 所述促凝剂组合物包括至少一种适合作为水硬性粘合料 的高效减水剂的水溶性梳状聚合物, 以及硅酸钙水合物颗粒。
    2: 权利要求 1 所述的用途, 其中所述促凝剂组合物以悬浮液, 优选以水悬浮液的形式 使用。
    3: 权利要求 1 所述的用途, 其中所述促凝剂组合物以粉末的形式使用。
    4: 权利要求 1 至 3 中任一项所述的用途, 其中所述梳状聚合物以共聚物的形式存在, 所 述共聚物除存在于主链的酸官能团外还具有含聚醚官能团的侧链。
    5: 权利要求 1 至 4 中任一项所述的用途, 其中所述梳状聚合物以共聚物的形式存在, 所 述共聚物可通过酸单体和聚醚大分子单体的自由基共聚反应获得, 所述共聚物整体含有至 少 45mol%, 优选至少 80mol% 的衍生自酸单体和 / 或聚醚大分子单体的结构单元。
    6: 权利要求 1 至 5 中任一项所述的用途, 其中所述梳状聚合物包含衍生自 (甲基) 丙烯 酸、 马来酸、 聚烷撑二醇乙烯基醚、 聚烷撑二醇烯丙基醚和 / 或聚烷撑二醇 (甲基) 丙烯酸酯 的结构单元。
    7: 权利要求 1 至 6 中任一项所述的用途, 其中所述梳状聚合物的平均分子量 (Mw) 为 5000-200000g/mol, 优选 10000-80000g/mol, 特别是 20000-70000g/mol, 其通过凝胶渗透 色谱法测得。
    8: 权利要求 1 至 7 中任一项所述的用途, 其中所述硅酸钙水合物中钙相对于硅的摩尔 比为 0.6-2.0, 优选 1.1-1.8。
    9: 权利要求 1 至 8 中任一项所述的用途, 其中所述硅酸钙水合物中钙相对于水的摩尔 比为 0.6-6, 优选 0.6-2.0, 特别是 0.8-2.0。
    10: 权利要求 1 至 9 中任一项所述的用途, 其中所述硅酸钙水合物颗粒由水溶性钙化合 物与水溶性硅酸盐化合物反应获得, 该反应在适合作为水硬性粘合料的高效减水剂的水溶 性梳状聚合物的水溶液存在下进行。
    11: 权利要求 1 至 10 中任一项所述的用途, 其中所述硅酸钙水合物颗粒小于 5μm, 优 选小于 1μm, 更优选小于 500nm, 特别优选小于 200nm, 特别是小于 100nm。
    12: 权利要求 1 至 11 中任一项所述的用途, 其中将卜特兰水泥、 铝酸钙水泥、 石膏、 硬石 膏、 高炉渣、 矿渣砂、 粉煤灰、 硅尘、 偏高岭土、 天然和合成的火山灰和 / 或煅烧的油页岩, 优 选卜特兰水泥, 用作无机粘合料。
    13: 权利要求 12 所述的用途, 其中所述粘合料以水泥浆的形式使用, 水 / 水泥的值优选 在 0.2-1.0 的范围内, 特别是在 0.3-0.6 的范围内。
    14: 权利要求 1 至 13 中任一项所述的用途, 用于矿物油和天然气井的固井, 特别是在永 冻层区和近海区。
    15: 权利要求 1 至 14 中任一项所述的用途, 用于加速水泥浆的凝固。
    16: 权利要求 1 至 15 中任一项所述的用途, 用于缩短硬化水泥浆的静胶凝强度从 2 2 2 100lb/100ft (4.88kg/m ) 增加到 500lb/100ft (24.4kg/m2) 的时间。
    17: 权利要求 1 至 16 中任一项所述的用途, 与固井中常用的其它添加剂, 特别是高效减 水剂、 保水剂和 / 或流变改进添加剂, 一起使用。

    说明书


    CSH 悬浮液在固井中的应用

        本专利申请要求 2010 年 2 月 21 日提交的序列号为 61/326253 的未决的美国临时 专利申请的优先权, 该临时专利申请全文以引用的方式纳入本说明书。
         本发明涉及 CSH 悬浮液在地下矿物油和天然气储集层的开发、 开采和完井以及深 孔钻井中的用途。
         地下矿物油、 天然气和水储集层通常处于高压下。在这样的岩层钻井要求循环井 液的压力足够高以有效地抵消地下岩层的压力从而阻止岩层流体无控制地进入井中。
         通常, 井内分段排有钢管。井套管和地下岩层之间的环隙用水泥填充。这可以通 过使水泥浆直接进入环隙或通过施加压力使水泥浆穿过井套管进入井中然后再回流进入 环隙实现。硬化的水泥首先阻止了岩层流体无控制地进入井中, 其次阻止了岩层流体无阻 碍地渗入其它岩层中。
         储集层的温度条件有很大的不同。在永冻层区 (例如, 阿拉斯加、 加拿大和西伯利 亚) 的近表面区域, 以及在高纬度的近海井中, 温度可能低于冰点, 而在地热井中, 温度可高 达 400° C。为此, 所用水泥浆的凝固性质必须要适应普遍条件。高温时通常需要缓凝剂, 而低温时经常不得不用促凝剂。此外, 在所用水泥浆中加入现有技术中已知的高效减水剂 (superplasticizers) 和 / 或降失水剂 (fluid loss additives) 会导致凝固时间延长, 这 也使得使用促凝剂成为必然。
         根 据 Erik B.Nelson,Well Cementing,Schlumberger Educational Services,Sugar Land,Texas,1990,chapter 3-3, 氯化钙无疑是最常用、 最有效和最经济 的卜特兰水泥的促凝剂。CaCl2 通常以 2-4%bwoc( 重量 %, 基于水泥部分 ) 的浓度使用。遗 憾的是, 在浓度大于 6%bwoc 时结果是不可预知的, 且可能会发生过早的凝固反应。此外, 氯 离子有腐蚀套管柱的危险。
         因此本发明的目的主要是避免现有技术的缺点。特别是, 需要没有上述缺点的可 替代的促凝剂。
         该目的是由权利要求 1 的特征实现的。从属权利要求涉及优选的实施方案。
         WO 2010/026155A1 描述的固化促进剂组合物中除了适合在水硬性粘合料中作为 高效减水剂的水溶性梳状聚合物外, 还包括大小合适的硅酸钙水合物颗粒 (例如参见该 WO 说明书的权利要求 40-52) 。
         出乎意料的是, 上述组合物被发现也可作为无机粘合料中的促凝剂组合物, 用于 地下矿物油和天然气储集层的开发、 开采和完井及用于深孔钻井。
         因而, 本发明涉及无机粘合料中的促凝剂组合物在地下矿物油和天然气储集层的 开发、 开采和完井以及深孔钻井中的用途, 所述促凝剂组合物包括至少一种适合作为水硬 性粘合料的高效减水剂的水溶性梳状聚合物, 以及硅酸钙水合物颗粒。
         本发明的促凝剂组合物以悬浮液, 优选以水悬浮液的形式, 或者以粉末的形式使 用。
         梳状聚合物优选是除存在于主链上的酸官能团外还具有含聚醚官能团的侧链的 共聚物。它可以通过, 例如, 酸单体和聚醚大分子单体的自由基共聚反应得到, 该共聚物整
         体含有至少 45mol%, 优选至少 80mol% 的衍生自酸单体和 / 或聚醚大分子单体的结构单元。
         梳状聚合物优选地包含的结构单元衍生自 (甲基) 丙烯酸、 马来酸、 聚烷撑二醇乙 烯基醚、 聚烷撑二醇烯丙基醚和 / 或聚烷撑二醇 (甲基) 丙烯酸酯。对合适的结构单元的详 细论述参考 WO 2010/026155A1 中权利要求 47-49。 合适的梳状聚合物有利地具有的平均分 子量 (Mw) 为 5000-200000g/mol, 优选 10000-80000g/mol, 特别是 20000-70000g/mol, 其通 过凝胶渗透色谱法测得。
         除了所述梳状聚合物外, 缩聚物也可能存在, 特别是 WO2010/026155A1 的权利要 求 28-33 和 50 公开的类型的缩聚物。
         在 所 用 的 硅 酸 钙 水 合 物 中, 钙 相 对 于 硅 的 摩 尔 比 优 选 为 0.6-2.0, 特别是 1.1-1.8。硅酸钙水合物中钙相对于水的摩尔比优选为 0.6-6, 特别优选为 0.6-2.0, 特别是 0.8-2.0。
         有利的是, 所用的硅酸钙水合物颗粒由水溶性的钙化合物与水溶性的硅酸盐化合 物反应得到, 该反应优选在适合作为水硬性粘合料的高效减水剂的水溶性梳状聚合物的水 溶液存在下进行。合适的制备方法的更多细节参考 WO 2010/026155A1 中权利要求 1-38。
         合适的硅酸钙水合物颗粒有利地小于 5μm, 优选小于 1μm, 更优选小于 500nm, 特 别优选小于 200nm, 特别是小于 100nm。
         优选地, 卜特兰水泥、 铝酸钙水泥、 石膏 (gypsum) 、 硬石膏 (anhydrite) 、 高炉渣、 矿渣砂、 粉煤灰 (fly ash) 、 硅尘、 偏高岭土、 天然和合成的火山灰和 / 或煅烧的油页岩, 优 选卜特兰水泥, 适合作为根据本发明促进其凝固过程的无机粘合料。
         有利的是, 所述粘合料以水泥浆的形式使用, 水 / 水泥的值优选在 0.2-1.0 的范围 内, 特别是在 0.3-0.6 的范围内。 本发明特别考虑的一个使用领域是矿物油和天然气井的固井, 特别是在永冻层区 和近海区。
         此 处, 本 发 明 的 用 途 是 加 速 水 泥 浆 的 凝 固。 同 时, 水泥浆的硬化速率也有 利 地 增 加。 此 外, 硬 化 水 泥 浆 的 静 胶 凝 强 度 从 100lb/100ft2(4.88kg/m2) 增 加 到 500lb/100ft2(24.4kg/m2) 的时间有利地缩短。这在固井中是尤为有利的, 因为由于上升的 气泡, 硬化水泥浆易于在胶凝强度的中间范围时裂开。依据本发明, 该范围被快速通过。
         依据本发明, 促凝剂组合物有利地与固井中常用的其它添加剂, 特别是高效减水 剂、 保水剂和 / 或流变改进添加剂, 一起使用。
         现将基于以下工作实施例并参考图 1 对本发明作更详细的解释。其中 :
         图 1 示出了不同水泥浆的抗压强度随时间的增加。
         用途实施例 1
         按照 API Specification 10,Section 5 和 Appendix A 制备水泥浆。为此, 将以 下物质均匀混合 :
         700g 水泥 (Lafarge,H 级 )
         266g 自来水
         3.5g 3.5gK3F( 高效减水剂 ,BASF Construction Polymers GmbH 的产 FL34( 降失水剂 ,BASF Construction Polymers GmbH 的产品 )4品)
         CN 102782080 A
         说明书3/3 页1.0g 磷酸三丁酯 ( 消泡剂 )。
         样品中或者无添加剂 (空白值) , 或者加入 0.80%bwoc 的 CaCl2, 或加入不同量的 100 (BASF Construction Polymers GmbH 的产品 ; 硅酸钙水合物水悬浮液, 颗粒 大小 <100nm, 固体含量约 21 重量%, 活性硅酸钙水合物的比例约 7 重量%, 所用的梳状聚合 物: MVA2500 和 EPPR312, 同样是 BASF 的商品) 。 100 以 0.07%bwoc、 0.15%bwoc、 0.30%bwoc 和 1.50%bwoc 的量加入, 所述量各自基于活性硅酸钙水合物的比例。
         在静胶凝强度分析仪 (Chandler Engineering) 中于 23° C 的温度和 1000psi( 约 69bar) 的压力下对样品进行检测。 表 1 列出了样品的静胶凝强度从 100lb/100ft2(4.88kg/ m2) 增加到 500lb/100ft2(24.4kg/m2) 的时间。
         表1
         样品 空白值 0.80%bwoc 的 CaCl2 0.07%bwoc 的 X-Seed 100 0.15%bwoc 的 X-Seed 100 0.30%bwoc 的 X-Seed 100 1.50%bwoc 的 X-Seed 100
         时间 [ 分钟 ] 76.5 44.0 52.5 38.0 13.5 15.5此外, 测定了抗压强度随时间的变化。结果以图表的形式在图 1 中示出。
         显然, 硅酸钙水合物悬浮液与 CaCl2 相比, 以更低的剂量、 在更大程度上加速了抗 压强度的增加, 同时, 样品的静胶凝强度通过临界范围的时间被大幅度地缩短。

    关 键  词:
    CSH 悬浮液 中的 应用
      专利查询网所有文档均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
    0条评论

    还可以输入200字符

    暂无评论,赶快抢占沙发吧。

    关于本文
    本文标题:CSH悬浮液在固井中的应用.pdf
    链接地址:https://www.zhuanlichaxun.net/p-1702861.html
    关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

    copyright@ 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
    经营许可证编号:粤ICP备2021068784号-1