专利名称：：水泥灌浆气体或油管线的方法和水硬水泥浆体的制作方法
技术领域：
：本发明涉及油和气体井中钢管或其它结构如^f和衬套的水泥灌浆。
背景技术：
：油井的水泥灌浆中，经常将水泥浆体打入套管中并置于套管外侧与井壁之间的环形空间中。水泥灌浆过程的两个最主要的目的是，防止气体和液体在地层之间的迁移以及束紧和支撑套管。除了密封产生油、气体和水的岩层O卜，该水泥还保护^^f抗腐蚀，且防止在水泥浆体非常快速地且不可渗透地密封井时气体-或油-吹出。在高于11(TC的温度下，硬化波特兰水泥(PorUandcement)的水合相发生变化。这种现象^^口为强度衰退(SR)。这样导致更差的隔离性能如更低的耐压强度和更高的硬化水泥渗透性，且导致油层隔离的损失，在油田水泥灌浆工业中采用液体或气体从岩层流入井中和穿过不同岩层的可能性来描述。强度衰退容易通过高于ll(TC的温度下一段时间内快速和早期的耐压强度降j財口硬化水泥渗透性增加来确定。在未f^LS到耐压强度降低和硬化水泥渗逸性增加时，那么得出拔生强度衰退。50年以来，许多公司通常将占水泥重量35wt%(BW0C)的石&粉(平均粒径为约20~60樣沐)加到水泥中以防止发生SR(JournalofAmericanconcreteinstituteV27，No.6,678,1956年2月)。但是，存在与采用水泥和干燥石^5粉制得的干混物的^J]相关的处理和储存困难，如在钻塔或海上平台上缺少用来容納几种不同干混物的空间，污染问题，和与细粉末的制备和处J對目关的一般困难。最近，結石悬浮液已商业化作为完全干';^喿作的替代。这些液体已证明在以35%当量BW0C总石&^jl]时有效地防止SR。当仅lfil^深的^f/衬套需刻吏用石^5^^急定波特兰水泥或其它时，它们相对于干'/剤剁乍存在一些优点，特别是在海上或i^巨离才剁乍中。逸感地，最絲其^J]中确定的局限性是需要折合为35y。BWOC总石i^的相3对高浓度的液体产物。这点意味着在水泥灌浆操怍期间必须运输和';^^很大体积的液体添加剂。这点在海上钻塔的情形下是特别显著的，其中平台和储存空间可以是非常有限的。由此采用不同干燥才村1^口采用液体添加剂二者均存在储存问题。发明描述由此，本发明的目的是，提供降低用于油和气体管线、特别^于海上井的水泥中SR的手^殳。另一目的是，避免储存和^曰洽干燥粉末以形成水泥浆体的需要，以及使带到钻塔的任意水泥浆体添加剂的体积最小化。在海上井的情形下，井温度经常位于100。C15(TC的范围内。本发明者已发现，在这些井温下，可以采用不同途径来^J]硅石作为水泥浆体添加剂。由此依据本发明，提供了将油或气体管线的套管水泥灌浆到周围井壁的方法，其包括形成水硬水泥浆体，使该浆体在管线套管与周围井壁之间的环形空间中散开，和使该水泥硬化，其中通过将水硬水泥、基于水泥重量为1224%的石1^、和水一起混合形成该水泥浆体，该石_^5包括1/3~2/3微细珪石和2/3l/3石i^粉。依据本发明的优选实施方式，该硅石是微细硅石和珪石粉的含水悬浮液的形式。用于本发明的优选的微细石^5是无定形种类的如微硅石，但也可以是晶体。本发明者已发现，通#用于温度范围为11(TC15(TC的井的水泥浆体中采用微细硅石颗粒和硅石粉的组合，特别是含水悬浮液的形式，可以显著降低石iS用量，同时仍防止水泥中发生SR。特别地使用悬浮液形式的》^5，避免了干燥硅石粉的使用，避免了';f洽干燥成分，仅需要运^^储存单一组分(即含7J^"悬浮^)，iL^非常重视储存利用度的情形下使需要运输和储存的体积最'J、化。优选地，总石&为水泥重量的15~20%。在10°/。BWOC或更低的石"水平下，SR的抑制并非有效，特别是在更高温度下，同时在高于15(TC的温度下变为必须采用高于25MBWOC的石&水平。本申请说明书和权利要求书中^J]的术语"微石&"是由如下过程获得的粒状、无定形Si(k其中使石i^(石英)还原为Si0-气体并使还原产物在^i目中氧化以形成无定形珪石。微石i^可以含有至少70w"/。硅石(Si02),且比重为2.1-2.3g/cm3和表面积为15-40mVg。主要的颗粒是实质上球形且平均粒径为约0.15^ira。微石i^优选地以在电还原炉中在石M硅合金的生产中的副产物获得。这些过程中形成大量的微石i石。采用袋滤室或其它收集设备以常规方式回收微石i^。本申请说明书和权利要求书中^JI]的术语"微细结晶石i^"是粒状结晶硅石，其D50的最大值为10nm且优选地D50为约3iom。石"粉是简单磨碎的结晶硅石，其平均粒径为约25|0111。发明详述J脉将在如下非限定性实施例中更详细地阐述本发明。实施例1(现有技术)在150。C下混合、灌注和固化无珪石的标准水泥浆体。测量耐压强度并测量硬化水泥渗透性。结果示于表l和图1中。可以看出，9小时^很决地发生SR,如图1中所示。表115(TC下无石i^的水泥的硬化水泥渗透性测量<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>实施例2(现有技术)在15(TC下混合、灌注具有35。/。BWOC干燥鞋石粉的水泥，并测试耐压强度和渗透性。结果示于表2中。》pf贞期的那样，加入35%BWOCa生SR。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>石更化水泥渗透性测量<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>实施例3鹏技术)在15(TC下混合、淺铸和测试水泥+35°/。产生于1/3微石&和2/3石&粉的悬浮液的-i^BW0C。结果示于表3和图2中。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>由图2中可以看出，CS增加到高于2000psi的凝J直并停留在该水平下。可以观慕到无强度衰退。预期到这一点，因为该水泥具有常规的35BW0C石^5含量。实施例4(本发明)在150。C下';f洽、免铸、固化和测试含有17%来自于含有1/3微石J^5和2/3珪石粉的悬浮液的BWOC总硅石的水泥。在一年时间段内一定间隔下测量气体渗透性和耐压强度。结果示于表4中。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注释气体渗透性比水渗透性高几个数量级，参考文献"Klinkenbergeffectforgaspermeabilityanditscomparisontowaterpermeabilityforporoussedimentaryrocks"-W.Tanikawa和T.Shimamoto。150。C下1年^拔生SR迹象。硬化水泥是那天下保持低且CS保持高。1年之后样品检查显示极低的孔隙率和极细的孔隙，使该水泥非常适应于密封底部温度高达150。C的井身。令人吃惊的是，可以通對目对于传统实践使用约一半数量的石圭石来防止SR。实施例5(本发明)在15(TC下';^^、洗铸和测试含有17%来自于采用1/3樣""和2/3,&粉制得的悬浮液的BWOC总硅石的水泥。如图3中所示，15(TC下固化15天^未显示出SR迹象，表明采用这种孩i:石_^5/石1^粉比例的液体共混物有效地防止了SR。实施例6(本发明)在15(TC下';f洽、洗铸和测试含有17%来自于采用1/3孩0吉晶珪石(D50为3和2/3石"粉制得的悬浮液的BW0C总石&的水泥。如图4中可以看出，150。C下固化1周^极生SR迹象。该液^5_^5共混物中的微细硅石颗粒可以是无定形或结晶形式。实施例7(对比)在15(TC下';f洽、洗铸和测试含有10°/。来自于含有1/3微石"和2/3石_^5粉的悬浮液的BWOC总石&的水泥。如图5中可以看出，仅^ft^]10y。来自于石i^悬浮液的BWOC总石i^时，150。C下固化24小时^发生清晰的SR迹象。需要最小石i^含量以有效地防止SR。权利要求1、一种将油或气体管线的套管水泥灌浆到周围井壁的方法，其包括形成水硬水泥浆体，使该浆体在管线套管与周围井壁之间的环形空间中散开，和使该水泥硬化，其中通过将水硬水泥、基于水泥重量为12～24％的硅石、和水一起混合形成该水泥浆体，其中该硅石包括1/3～2/3微细硅石和2/3～1/3硅石粉。2、权利要求l的方法，其中该^^5是微细石J石和硅石粉的含水悬浮液的形式。3、权利要求l的方法，其中将微细石i^和石i^粉单独地加入。4、权利要求l的方法，其中该微细石&是微石&、微细结晶石i^、胶^M圭石或其';^^物。5、权利要求4的方法，其中该微细结晶硅石D50的最大值为10|jti。6、权利要求1的方法，其中该石圭石是水泥重量的15~20%。7、一种用于水泥灌浆底部温度在100~15(TC之间的气体井或油井的水硬水泥浆体，包括水硬水泥、基于水泥重量为12~24%的硅石、和水，其中该石&包括1/3~2/3微细硅石和2/3~1/3石&粉。8、权利要求7的水硬水泥浆体，其中该硅石包括微细石^和珪石粉的含水悬浮液。9、权利要求7的水硬水泥浆体，其中该微细珪石为微石_^5、微细结晶硅石、月交^5^或其';^^4勿。10、权利要求9的7p更水泥浆体,其中该微细结晶石&D50的最大值为lO[im。全文摘要本发明涉及将油或气体管线的套管水泥灌浆到周围井壁的方法，其中形成水硬水泥浆体并将该浆体在管线套管与周围井壁之间的环状空间中散开。通过将水硬水泥、基于水泥重量为12～24％的硅石、和水一起混合形成该水泥浆体，其中该硅石包括1/3～2/3微细硅石和2/3～1/3硅石粉。本发明进一步涉及用于该方法的水泥浆体。文档编号C09K8/467GK101522854SQ200780034043公开日2009年9月2日申请日期2007年8月29日优先权日2006年9月15日发明者F·V·罗斯托尔,P·雷维尔申请人:埃尔凯姆有限公司