水泥浆组合物和方法
【专利说明】水泥浆组合物和方法
【背景技术】
[0001] 该部分中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可不构成现有技术。
[0002] 本公开总体涉及用于对具有井眼的地下井进行处理或完井的组合物和方法。更具 体地，本公开涉及用于对地下井固井的水泥浆组合物，并且在一个可选方案中，涉及用于地 下井完井和/或对具有井眼的地下井固井的方法。本公开还涉及制备含有聚合物颗粒作为 添加剂的水泥浆组合物和/或减少这样的水泥浆组合物中的泡沫的方法。
[0003] 在典型的固井操作中，在地面上制备水泥浆，然后将其栗送至地下井中，通过衬管 或套管，以填充套管与井眼壁之间的环形空间。一旦浆料凝固后，水泥即可提供一些功能， 包括提供层位封隔和分离、腐蚀控制和结构支承。适当制备的浆料和凝固水泥在套管周围 形成强的、几乎不可渗透的密封。
[0004] -般而言，水泥浆应当具有相对较低的粘度，以有助于栗送以及在地面处制备期 间以及递送至井和目标区域期间均有效地维持恒定的流变性质。假设水泥浆得以适当制备 并递送至目标区域，则凝固水泥的性质将主要取决于浆料的组分，以及浆料组合物中所包 含的添加剂。在理想的情况下，适当浇注的（placed)水泥浆将在最短时间内具有高的压缩 强度。
[0005] 近些年来，已经采用有机聚合物颗粒作为水泥浆中的添加剂，以实现或增强某些 水泥性质。一般而言，聚合物颗粒的添加导致浆料成分的改进的结合，这可帮助达到升高的 强度和高的耐久特性等。然而，这些颗粒的疏水特性也存在一些不期望的问题。特别地，可 在聚合物改性的水泥浆中观察到可混性和起泡问题。
[0006] 在本领域中，常常使用连续混合方法来制备水泥浆，所述连续混合方法还称为边 递送边混合（mixing on-the-fly)。通过使用喷射混合机将固体共混物与水和液体添加剂 混合。所述喷射混合机生成调控的固体流，从而产生空隙以将干燥粉末组分引入（由文丘 里效应所致）混合物中。不幸的是，该引入行为还将空气引入和夹带至浆料中。如果使其稳 定化，则浆料中的过量空气可导致密集填充的空气泡聚集然后形成于浆料的表面处，即，起 泡。过量的夹带空气和泡沫可有害地影响浆料设计。例如，其可改变浆料成分和性能，包括 偏离最优浆料密度或提高浆料粘度。这样的状况还可引起栗送问题和低效。操作者试图在 栗送之前以机械方式尽量多地从浆料去除夹带的空气，通常通过进一步混合来进行。然而， 对于包含大量疏水聚合物颗粒的浆料而言，这样的除气努力常常无法从浆料中去除足够的 夹带空气以避免浆料品质问题或栗送问题。
[0007] 为了减轻水泥浆制备中的起泡问题，不同的传统措施是可用的。可将消泡和去 泡添加剂添加至浆料中以防止或最小化起泡。还可使用分离器设备与传统的浆料混合 机结合，以通过机械方式从衆料中去除夹带的空气。例如，来自Schlumberger Ltd.的 SlurryAirSeparator装置采用了水力旋流器机构以从水泥衆中分离和去除夹带的空气。作 为另一选择，可将衆料传送至大容器（large tank)，用于成批混合。大部分剩余的夹带空气 可从浆料中去除。虽然前述选择中的任一项都可有效减少浆料中的夹带空气和泡沫，但是 这些选择的使用并非总是可行的。例如，与使用另外的设备或添加剂相关的操作时间和成 本可能是不可接受的，或者在一些现场地点，设备可能是不容易得到的。此外，在某些操作 条件下，这些措施中的一些已经证明在减少夹带空气和泡沫方面不那么令人满意。因此，仍 然需要减少、去除或防止用于井眼完井的水泥浆中空气夹带和起泡状况的方法和/或组合 物。
【发明内容】
[0008] 本公开涉及含有聚合物颗粒的水泥浆组合物。
[0009] -些实施方案涉及防止或控制水泥浆制备或水泥操作中起泡的方法。另一些实施 方案涉及用于对包含井眼的地下井固井或完井的方法。
[0010] 在一个方面中，提供了水泥浆组合物，其含有水泥、水和有机聚合物添加剂（例 如，疏水有机聚合物颗粒，如橡胶颗粒）。所述组合物还包含非离子表面活性剂。在多个实 施方案中，所述非离子表面活性剂是包含乙氧基化基团（ethoxylate group)的非离子表 面活性剂、包含乙氧基化基团和丙氧基化基团（propyxlate group)二者的非离子表面活性 剂、烷氧基化物（包括包含氧化丙烯的烷氧基化物和包含氧化丁烯的烷氧基化物）。
[0011] 在另一个方面中，描述了用于对包含井眼的地下井固井的方法。所述方法需要制 备含有包含水泥、水、聚合物颗粒和非离子表面活性剂的组分的水泥浆组合物，以及将所述 水泥浆组合物栗送至所述地下井内，并将所述组合物浇注于所述地下井的区域中。然后等 待一段时间，使所述水泥浆组合物在所述区域中凝固成固体块。
[0012] 在另一个方面中，描述了一种减少用于引入地下井内的其中含有疏水有机聚合物 颗粒的水泥浆组合物中的泡沫生成的方法。所述方法包括：制备包含水泥和有机聚合物颗 粒的干燥共混物，制备水溶液，以及将非离子表面活性剂添加至所述水溶液中。然后使用连 续混合方法将所述干燥共混物混合于所述水溶液中，所述非离子表面活性剂由此起将所述 聚合物颗粒分散于所述溶液中并减少起泡的作用。
【附图说明】
[0013] 另一些实施方案可结合附图来理解。
[0014] 图1是展示包含不同浓度的非离子表面活性剂的多种含水溶液的接触角测量的 图示；
[0015] 图2是展示在混合后多种溶液的随着时间的相对体积增加 （relative volume increase)的图示；并且
[0016] 图3示出了包含橡胶颗粒的水溶液的照片。
【具体实施方式】
[0017] 首先，应注意，在开发任何这样的实际实施方案时，必须做出许多实施方式-特异 性的决定，以达到开发者的特定目的，例如，与系统相关的限制或商业相关的限制的顺应 性，这使得实施方式彼此之间将各有不同。此外，应理解，这样的开发努力可能是复杂的并 且耗时的，但是其是享有本公开的益处的本领域技术人员的常规任务。此外，本文使用/公 开的水泥浆组合物还可包含除了所引述的组分以外的一些组分。在
【发明内容】
和本具体实施 方式中，除非在上下文中另有说明，每个数值应当一次读作由术语"约"修饰（除非已经明 确地被如此修饰），并且然后再次读作不被如此修饰。此外，在
【发明内容】
和本【具体实施方式】 中，应理解，被列举或描述为可用的、合适的等的浓度范围旨在认为已经陈述了包括端点在 内的该范围内的任何和所有浓度。例如，"1至10的范围"应读作表示沿着约1至约10之 间的连续区的每个和所有可能的数字。因此，即使在该范围内的特定数据点，或甚至在该范 围内没有数据点，被明确地鉴定或提及仅一些特定点，也应理解，发明人领会并理解，视为 已经指定该范围内的任何和所有数据点，并且发明人拥有整个范围以及该范围内的所有点 的知识。
[0018] 如本文所述，提供了水泥浆组合物（以及制备方法），其中包含有机聚合物颗粒和 非离子表面活性剂作为添加剂。出于对凝固水泥的机械强度以及浆料的理想粘度和品质的 最优平衡的特别考虑，所述水泥浆组合物包含合适量的水泥和水，以组成基础浆料组合物。 提供了有机聚合物颗粒以实现或增强浆料中的期望性质或最终凝固水泥中的期望性质。提 供了非离子表面活性剂以减少或消除夹带的空气，以及本应由于大量的疏水有机聚合物颗 粒的存在而激发的起泡。
[0019] 如在减轻水泥浆中的夹带空气或泡沫生成问题的上下文中所用的，术语"减少"还 意为消除、防止、最小化或以其它方式缓和浆料中夹带空气或泡沫的存在或形成。根据本公 开，描述了可解决该问题的方法，例如，通过使夹带的空气或泡沫从浆料中消散或逸失以及 /或者通过影响可引起夹带的空气或泡沫形成或累积的条件以防止和阻止这样的形成或累 积来进行。针对起泡，所描述的方法和组合物可被表征为并入了去泡或消泡倾