并入了当颗粒的水溶性部分在水存在下被释放时受到活化以控制流变性的颗粒的水性胶 ...的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用失水添加剂（fluidlossadditive)配制水性胶接组合物。更具体 地，本发明涉及用以包含一种或多种水溶性聚合物的颗粒形式的失水添加剂或防沉降剂来 配制水性胶接组合物，所述颗粒的功能被掩蔽直到颗粒的水溶性部分响应于时间和温度触 发物、在水的存在下被释放。所述组合物可用于制造油井、气井、地热井和水井中的加固结 构。
【背景技术】
[0002] 固井（wellcementing)用于加固油井、气井、地热井和水井中的井结构。固井涉 及制备一种或多种水硬水泥、水和任选其他成分的料浆，其随后被泵送至期望布置的地点。 例如，组合物可被泵送至井套管与周围地理地层之间的环形腔或泵送入套管柱之下的开孔 内。固井的目的包括防止侵蚀、提供结构性加固还有保护井结构，并提供层间分隔。
[0003] 水是水泥料浆的主要成分。水必须存在以使水泥凝固和固化良好。这意味着在水 泥的递送、凝固和固化过程中需要充分地保持水与水泥的比例。但是，特别是在较高温度 下，水可从料浆中不期望地分离出来或者以其它方式损失掉。当水从料浆中损失进入周围 多孔、较低压力的土地地层时，滤液损失就成为普遍的问题。此外，没有合适的流变性，料浆 组分也可能分离，较重质的成分在重力作用下沉降。这同样导致不良的凝固和固化。
[0004] 为了减少流体损失并提供更有利的流变性，在水性胶接组合物中纳入失水添加 剂。失水添加剂也可以保护水泥料浆不出现沉降和分离。不幸的是，极少有失水添加剂能 在190°F以上有效的发挥作用，且在250°F以上有效发挥作用的甚至更少。但在油井应 用中使用的胶接组合物常常面对这些范围内的较高温度。另一个问题是当大量加入添加剂 时，一些失水添加剂只在较高温度下有效。这是棘手的，因为过量的添加剂可引起过大、过 早地粘度积累（build)，且还可造成更高的处理成本。这使得难以将粘稠的组合物泵送至远 程井的位置。另一个问题是许多添加剂一旦被配制成胶接组合物就是活性的。但是，在许 多应用中，如果添加剂在将组合物泵送至期望布置的地点后才起作用，将是更好的。但是， 由于井的布置地点通常是远处的位置，因此在布置后加入添加剂是不实际的。
[0005] 因此，仍然强烈需要具有高温功能性并且其功能性可被可控地延迟的失水添加 剂。
【发明内容】
[0006] 本发明提供用于改善控制水性胶接组合物在宽的温度范围内的失水、水合、沉降 和分离的策略。本发明至少部分地基于用作组合物添加剂的水弥散（effusing)改性颗粒。 水弥散是指颗粒以这样的方式包含至少一种水溶性聚合物以使得所述颗粒在水存在下弥 散以释放所述颗粒的水稠化、水溶性部分。在许多实施方式中，弥散的部分包含至少一种包 含在水弥散颗粒中的水溶性聚合物。因此，当颗粒的水溶性部分在水存在下释放时，颗粒被 活化以控制流变性。通常，弥散部分的释放速度随着温度的增加而增大。从实用的角度看， 颗粒的流变性改变特性被延迟了，但随着弥散进行这种特性被渐增地实现了。
[0007] 先将水溶性聚合物形成为可弥散地溶解在水性介质中的颗粒团块可以提供显著 的性能优势。首先，在供应的颗粒形式中水溶性聚合物的流变性改变的功能至少在一定程 度上被掩蔽。因此，添加剂最初对胶接组合物的混合和布置到期望布置的地点具有最小的 影响。这允许组合物被很容易地被泵送至远处井的位置。然后，响应于时间延迟和温度，颗 粒的水溶性部分从颗粒中释放进入周围的料浆中，在料浆中，水溶性部分用于稠化水性介 质的功能被迅速活化。特别地，活化引起快速的粘度积累并提供保护防止失水、成分分离和 下沉。
[0008] 活化颗粒还可以显著延迟胶接组合物的水合作用、延长作用时间。颗粒在包括例 如250°F或以上的较高温度的宽温度范围内起作用。
[0009] 显然，添加剂功能通过释放组分水溶性聚合物的活化是颗粒粒径的强函数。这 是指可以选择粒径范围以获得弥散颗粒部分的弥散和相应的溶解所需的时间和温度触发 物。因此，通过选择合适尺寸的颗粒而容易地调控期望的弥散、溶解和相应的活化分布图 (profile)。可以使用粒径的组合，使得活化可在多个或依次的时间和温度下出现。因此， 可以使用不同的粒径以独立地优化粘度和高温性能。同样认为所述颗粒可以保护水泥料浆 免受气侵。
[0010] 在一个方面，本发明涉及一种制造水性胶接组合物的方法，所述方法包括以下步 骤：
[0011] (a)提供水弥散颗粒，所述水弥散颗粒以这样的方式包含至少一种水溶性聚合物 以使得所述颗粒在水存在下弥散以释放所述颗粒的水稠化、水溶性部分，所述部分包含所 述至少一种水溶性聚合物；以及
[0012] (b)将所述颗粒并入包含所述颗粒、无机水硬水泥、分散剂、和水性液体载体的水 性胶接组合物内。
[0013] 在另一个方面，本发明涉及一种制造油井结构的方法，所述方法包括以下步骤：
[0014] (a)提供水性胶接组合物，其包含无机水硬水泥、多个颗粒、和水性液体载体，其 中，所述颗粒以这样的方式包含至少一种水溶性聚合物以使得所述颗粒在水存在下弥散以 释放所述颗粒的水稠化、水溶性部分，所述部分包含所述至少一种水溶性聚合物；
[0015] (b)将所述水性胶接组合物以这样的方式布置到井结构位置以使得所述组合物在 该位置硬化和固化，从而形成所述井结构的一部分。
[0016] 在另一个方面，本发明涉及一种水性胶接组合物，其包含：
[0017] (a)水性液体载体；
[0018] (b)与所述液体载体混合的无机水硬水泥；以及
[0019] (c)分散在所述组合物中的多个颗粒，所述颗粒以这样的方式包含至少一种水溶 性聚合物以使得所述颗粒在水存在下弥散以释放所述颗粒的水稠化、水溶性部分，所述部 分包含所述至少一种水溶性聚合物。
[0020] 在另一个方面，本发明涉及一种混凝土添加剂的套件，所述套件包括：
[0021] (a)多个颗粒，所述颗粒以这样的方式包含至少一种水溶性聚合物以使得所述颗 粒在水存在下弥散以释放所述颗粒的水稠化、水溶性部分，所述部分包含所述至少一种水 溶性聚合物；以及
[0022] (b)将所述颗粒并入包含所述颗粒、无机水硬水泥、分散剂、和水性液体载体的水 性胶接组合物的操作指南。
【附图说明】
[0023] 图1为显示样品4的温度、压力和稠度随温度变化的稠化标绘图。
[0024] 图2为显示样品5的温度、压力和稠度随温度变化的稠化标绘图。
[0025] 图3为显示样品6的温度、压力和稠度随温度变化的稠化标绘图。
[0026] 图4为显示样品7的温度、压力和稠度随温度变化的稠化标绘图。
【具体实施方式】
[0027] 下文描述的本发明的实施方式不旨在穷举或将本发明限制为在以下详细说明中 公开的精确形式。所选择并描述的实施方式的目的而是为了可有助于其他本领域技术人员 领会并理解本发明的原理和实践。
[0028] 失水，或类似的术语，是指水随时间从料浆中释放或损失的任何量度。根据 RecommendedPracticeforTestingWellCements,APIRecommendedPractice10B-2， 第23版（2002年），失水在250°F下测量并表示为mL/30分钟。根据本发明，料浆在1，000 镑力/平方英寸表压（psig)的压力和指明的测试温度下测量。
[0029] 如本文使用的，自由流体（freefluid)是指随着时间在重力分离下容易从料衆 中分离出来的水相。对于用于自由流体的测试，参见RecommendedPracticeforTesting WellCements,APIReco_endedPractice10B-2,第 23 版（2002 年）。简要地，制备水泥 料浆并调适成测试温度。然后将料浆倒入放置于保持在测试温度下的水浴中的量筒内。自 由流体为2小时后分离出的以体积百分比计的水的量。在190°F下测定自由流体。
[0030] 对料浆使用的塑性粘度（PV)按以下方法计算：在300RPM下的粘度计读数（03J 与在100RPM下的粘度计读数（0 _)的差值乘以1. 5。换言之，PV=粘度（03(KI - 01(KI)x 1.5。塑性粘度根据APIRP13B-1中概述的实践和程序用旋转粘度计在报告测试温度下测 量。
[0031] 屈服点（YP)涉及水泥料浆的流动阻力。其按以下方法从塑性粘度计算：屈服点 (lb/100ft2) = 03(|(|-塑性粘度。屈服点根据APIRP13B-1中概述的实践和程序用旋转粘 度计在指明的测试温度下测量。数值在80°F下测定，然后在190°F下调适20分钟后测 定。
[0032] 按水泥重量计（bwoc)是指：可为液态、固态或气态的添加剂在加入水泥组合物时 基于所述组合物的水泥成分的重量百分比。例如，添加到100重量份的水泥和40重量份的 水性液体载体中的2重量份的添加剂的存在量为2%bwoc。
[0033] 本发明的水性胶接组合物通常包含：水性液体载体；与液体载体混合的至少一种 无机水硬水泥；和分散在组合物中的多个颗粒，所述颗粒以这样的方式包含至少一种水溶 性聚合物以使得所述颗粒在水存在下弥散以释放所述颗粒的水稠化、水溶性部分，所述部 分包含所述至少一种水溶性聚合物。在一些代表性实施方式中，所述颗粒包含至少部分地 源自水溶