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
【专利摘要】本发明涉及水泥灌浆气体或油管线的方法和水硬水泥浆体。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。
【专利说明】水泥灌浆气体或油管线的方法和水硬水泥浆体
[0001] 本申请是申请号为200780034043.X(国际申请日为2007年8月29日）、发明名称 为"水泥灌浆气体或油管线的方法和水硬水泥浆体"的进入国家阶段的PCT申请的分案申 请。 发明领域
[0002] 本发明涉及油和气体井中钢管或其它结构如套管和衬套的水泥灌浆。
[0003] 发明背景
[0004] 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、气体和水的岩层之外，该水泥还保护套管抗腐蚀，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。
[0005] 在高于IKTC的温度下，硬化波特兰水泥（Portlandcement)的水合相发生变化。 这种现象公知为强度衰退（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。
[0006] 强度衰退容易通过高于IKTC的温度下一段时间内快速和早期的耐压强度降低和 硬化水泥渗透性增加来确定。在未能观察到耐压强度降低和硬化水泥渗透性增加时，那么 得出未发生强度衰退。
[0007] 50年以来，许多公司通常将占水泥重量35wt% (BWOC)的硅石粉（平均粒径为 约20?60微米）加到水泥中以防止发生SR(JournalofAmericanconcreteinstitute V27，No.6,678, 1956 年2 月）。
[0008] 但是，存在与采用水泥和干燥硅石粉制得的干混物的使用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纳几种不同干混物的空间，污染问题，和与细粉末的 制备和处理相关的一般困难。
[0009] 最近，硅石悬浮液已商业化作为完全干混操作的替代。这些液体已证明在以35% 当量BWOC总硅石使用时有效地防止SR。当仅仅最深的套管/衬套需要使用硅石来稳定波 特兰水泥或其它时，它们相对于干混操作存在一些优点，特别是在海上或远距离操作中。 [0010] 遗憾地，最近在其使用中确定的局限性是需要折合为35%BWOC总硅石的相对高 浓度的液体产物。这点意味着在水泥灌浆操作期间必须运输和混合很大体积的液体添加 齐IJ。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。 [0011] 由此采用不同干燥材料和采用液体添加剂二者均存在储存问题。
[0012] 发明描述
[0013] 由此，本发明的目的是，提供降低用于油和气体管线、特别是用于海上井的水泥中 SR的手段。
[0014] 另一目的是，避免储存和混合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。
[0015] 在海上井的情形下，井温度经常位于KKTC?150°C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使用硅石作为水泥浆体添加剂。
[0016] 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12?24%的娃石、和水一起混合形成该 水泥浆体，该硅石包括1/3?2/3微细硅石和2/3?1/3硅石粉。
[0017] 依据本发明的优选实施方式，该硅石是微细硅石和硅石粉的含水悬浮液的形式。
[0018] 用于本发明的优选的微细硅石是无定形种类的如微硅石，但也可以是晶体。
[0019] 本
【发明者】已发现，通过在用于温度范围为IKTC?150°C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，可以显著降低硅石用量，同时仍 防止水泥中发生SR。
[0020] 特别地使用悬浮液形式的硅石，避免了干燥硅石粉的使用，避免了混合干燥成分， 仅需要运输和储存单一组分（即含水硅石悬浮液），且在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小化。
[0021] 优选地，总硅石为水泥重量的15?20%。
[0022] 在10%BWOC或更低的硅石水平下，SR的抑制并非有效，特别是在更高温度下，同 时在高于150°C的温度下变为必须采用高于25%BWOC的硅石水平。
[0023] 本申请说明书和权利要求书中使用的术语"微硅石"是由如下过程获得的粒状、 无定形SiO2 :其中使硅石（石英）还原为SiO-气体并使还原产物在气相中氧化以形成无 定形硅石。微硅石可以含有至少70wt%硅石（SiO2),且比重为2.1-2. 3g/cm3和表面积为 15-40m2/g。主要的颗粒是实质上球形且平均粒径为约0.15μm。微硅石优选地以在电还原 炉中在硅或硅合金的生产中的副产物获得。这些过程中形成大量的微硅石。采用袋滤室或 其它收集设备以常规方式回收微硅石。
[0024] 本申请说明书和权利要求书中使用的术语"微细结晶硅石"是粒状结晶硅石，其 D50的最大值为10μm且优选地D50为约3μm。
[0025] 硅石粉是简单磨碎的结晶硅石，其平均粒径为约25μm。
[0026] 发明详述
[0027] 现在将在如下非限定性实施例中更详细地阐述本发明。
[0028] 实施例1 (现有技术）
[0029] 在150°C下混合、灌注和固化无硅石的标准水泥浆体。
[0030] 测量耐压强度并测量硬化水泥渗透性。结果示于表1和图1中。可以看出，9小时 之后很快地发生SR，如图1中所示。
[0031] 表I150°C下无硅石的水泥的硬化水泥渗透性测量
[0032]
【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1的方法，其中该硅石是微细硅石和硅石粉的含水悬浮液的形式。
3. 权利要求1的方法，其中将微细硅石和硅石粉单独地加入。
4. 权利要求1的方法，其中该微细硅石是微硅石、微细结晶硅石、胶体硅石或其混合 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 y m。
6. 权利要求1的方法，其中该娃石是水泥重量的15?20%。
7. -种用于水泥灌浆底部温度在100?150°C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，其中该硅石包括1/3?2/3微细 硅石和2/3?1/3硅石粉。
8. 权利要求7的水硬水泥浆体，其中该硅石包括微细硅石和硅石粉的含水悬浮液。
9. 权利要求7的水硬水泥浆体，其中该微细硅石为微硅石、微细结晶硅石、胶体硅石或 其混合物。
10. 权利要求9的水硬水泥浆体，其中该微细结晶硅石D50的最大值为10 y m。
【文档编号】C04B14/06GK104405335SQ201410548808
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2007年8月29日 优先权日:2006年9月15日
【发明者】P.雷维尔, F.V.罗斯托尔 申请人:埃尔凯姆有限公司