鈍化水泥速凝劑的制作方法
【專利摘要】實(shí)施方案涉及注水泥操作，并且在某些實(shí)施方案中，涉及鈍化水泥速凝劑以及在地下地層中使用鈍化水泥速凝劑的方法。實(shí)施方案可包括注水泥的方法，所述方法包括：提供包含水泥、水和鈍化水泥速凝劑的水泥組合物；以及使所述水泥組合物凝固。
【專利說明】鈍化水泥速凝劑
【背景技術(shù)】
[0001] 實(shí)施方案涉及注水泥操作，并且在某些實(shí)施方案中，涉及鈍化水泥速凝劑以及在 地下地層中使用鈍化水泥速凝劑的方法。
[0002] 水泥組合物可在多種地下操作中使用。例如，在地下井施工中，管柱(例如，套管、 襯管、膨脹管等)可伸入井筒中并且用水泥固定在適當(dāng)位置。將管柱用水泥固定在適當(dāng)位置 的方法通常稱為"初次注水泥"。在典型的初次注水泥方法中，水泥組合物可被栗送入井筒 的壁與設(shè)置在井筒中的管柱的外表面之間的環(huán)帶中。水泥組合物可在環(huán)狀空間中凝固，由 此形成具有硬化的、大致上不可透水泥的環(huán)狀護(hù)套（即水泥護(hù)套），所述環(huán)狀護(hù)套可將管柱 支撐并定位在井筒中并且可將管柱的外表面粘結(jié)到地下地層。除了其他情況之外，圍繞管 柱的水泥護(hù)套起作用防止環(huán)帶中流體的迀移，以及保護(hù)管柱不受腐蝕。水泥組合物還可用 于補(bǔ)注水泥方法中，例如，用于密封管柱或水泥護(hù)套中的裂痕或孔洞，用于密封高滲透地層 區(qū)域或斷口，用于放置水泥塞等等。
[0003] 廣泛多種的水泥組合物已用于地下注水泥操作中。在一些情況中，水泥速凝劑可 用來加速水泥的強(qiáng)度發(fā)展。例如，水泥速凝劑可被加入水泥組合物中以便在強(qiáng)度發(fā)展的早 期階段(例如，在低于160°F的溫度下24小時(shí)內(nèi)）向水泥組合物提供可觀的強(qiáng)度。除了其他原 因之外，水泥速凝劑可適合于井筒應(yīng)用中，例如，適合于希望減小操作長度(例如，通過縮短 水合周期）的情況。水泥速凝劑還可適合于對抗低溫的緩凝效果，諸如在靠近表面的操作中 或在已經(jīng)使用可能使水泥緩凝的添加劑的系統(tǒng)中的緩凝效果。
[0004] 盡管迄今已開發(fā)出水泥速凝劑，但是它們在地下注水泥操作中的成功使用也存在 挑戰(zhàn)。例如，水泥速凝劑可具有不希望的膠凝作用問題，所述問題會限制它們在注水泥操作 中的使用和有效性。這些問題可能甚至在存在分散劑的情況下仍然存在。此外，一些水泥速 凝劑可誘導(dǎo)瞬時(shí)凝固。瞬時(shí)凝固會使水泥難以設(shè)置，會損壞地層，并且可導(dǎo)致操作延遲以及 操作成本的增加。已經(jīng)研發(fā)的傳統(tǒng)水泥速凝劑(例如，包含CaCl 2的那些水泥速凝劑)在一些 操作中可能是有效的，但是在一些類型的水泥或已經(jīng)利用一些類型的添加劑緩凝的水泥中 使用可能受限。例如，CaCl 2通常在低至40°F的溫度下不可使用，此外已知CaCl2侵蝕井筒設(shè) 備并且因此增加成本以及地層損壞的風(fēng)險(xiǎn)。
[0005] 附圖簡述
[0006] 這些圖示出本發(fā)明方法的一些實(shí)施方案的某些方面，并且不應(yīng)用來限制或限定所 述方法。
[0007] 圖1示出根據(jù)某些實(shí)施方案的用于制備水泥組合物并將其輸送到井筒的系統(tǒng)。
[0008] 圖2示出根據(jù)某些實(shí)施方案的可用于將水泥組合物放置在井筒中的地面設(shè)備。
[0009] 圖3示出根據(jù)某些實(shí)施方案將水泥組合物放置到井筒環(huán)帶中。
[00?0]優(yōu)選實(shí)施方案的描述
[0011]實(shí)施方案涉及注水泥操作，并且在某些實(shí)施方案中，涉及鈍化水泥速凝劑以及在 地下地層中使用鈍化水泥速凝劑的方法。包含鈍化水泥速凝劑的水泥組合物可用在多種注 水泥操作中，包括地面注水泥操作（例如，施工)和地下注水泥操作(例如，初次注水泥和補(bǔ) 注水泥）。這些方法和組合物的許多潛在優(yōu)勢的一個(gè)是它們可增加早期強(qiáng)度發(fā)展，但是不會 誘導(dǎo)或促成膠凝作用或瞬時(shí)凝固。此外，本文的方法和組合物提供加速早期強(qiáng)度發(fā)展的低 成本、后勤性手段，并且向水泥組合物增加抗壓強(qiáng)度，而典型的速凝劑僅加速水泥的強(qiáng)度發(fā) 展。
[0012] 示例性水泥組合物可包含水泥和水。任選地，水泥組合物還可包括石灰、分散劑 和/或凝固緩凝劑。如下文更詳細(xì)描述的，鈍化水泥速凝劑可用來例如增加水泥組合物的早 期強(qiáng)度發(fā)展。水泥組合物可適合用于多種地下注水泥操作，包括具有相對低溫的地下地層， 所述溫度例如范圍為約40°F或更低至約200°F的溫度；以及具有高達(dá)500°F或更高的溫度的 地下地層。在特定實(shí)施方案中，水泥組合物可用在具有約40°F至約240°F的溫度范圍的地下 地層中。
[0013] 水泥組合物可包含水泥。多種水泥中的任何水泥可以是適合的，包括那些包含鈣、 鋁、硅、氧、鐵和/或硫的水泥，這些水泥通過與水反應(yīng)來凝固并硬化。可能適合的水泥的具 體實(shí)例包括但不限于波特蘭水泥、火山灰水泥、石膏水泥、高鋁含量水泥、二氧化硅水泥、礦 渣水泥和其任何組合。適合的波特蘭水泥的實(shí)例可包括根據(jù)美國石油學(xué)會的API Specification for Materials and Testing for Well Cements，API 規(guī)范 10，第五版， 1990年7月1日被分類為A、B、C、G或H級水泥的那些水泥。適合的波特蘭水泥的另外實(shí)例可包 括被分類為ASTM I、II、III、IV或V型的那些水泥。
[0014] 水泥的實(shí)施方案可包含浮石，一種火山灰膠結(jié)材料。通常，浮石是可展現(xiàn)出膠結(jié)特 性的火山巖，這是因?yàn)樗稍谒鲜液退拇嬖谙履滩⒂不８∈€可被研磨。通常， 根據(jù)對特定應(yīng)用的需要，浮石可具有任何粒度分布。在某些實(shí)施方案中，浮石可具有在約1 微米至約200微米范圍內(nèi)的d50粒度分布。d50值可通過粒度分析器來測量，所述粒度分析器 諸如由Malvern Instruments，Worcestershire，United Kingdom制造的那些分析器。在具 體實(shí)施方案中，浮石可具有約1微米至約200微米、約5微米至約100微米或約10微米至約25 微米范圍內(nèi)的d50粒度分布。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，浮石可具有約15微米或更小的d50粒 度分布。適合浮石的實(shí)例是可購自Hess Pumice Products, Inc.，Malad, Idaho的DS-325輕 骨料，并且具有約15微米或更小的d50粒度分布。應(yīng)當(dāng)理解，過小的粒度可能具有可混合性 問題，而過大的粒度可能不能有效懸浮在組合物中。受益于本公開益處的本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員應(yīng)能夠選擇適合于所選應(yīng)用的浮石的粒度。
[0015] 水泥的實(shí)施方案可包含礦渣。礦渣通常是來自鑄鐵生產(chǎn)的顆粒狀、鼓風(fēng)爐副產(chǎn)物， 所述鑄鐵包含存在于鐵礦石中的氧化雜質(zhì)。礦渣可以適合于特定應(yīng)用的量包括在水硬水泥 的實(shí)施方案中。
[0016] 水泥的實(shí)施方案可包含粉煤灰，一種火山灰膠結(jié)材料。多種粉煤灰可能是適合的， 包括根據(jù)美國石油協(xié)會的API Specification for Materials and Testing for Well Cements，API規(guī)范10，第五版，1990年7月1日被分類為C級和F級粉煤灰的粉煤灰。C級粉煤灰 包括二氧化硅和石灰，所以它可在與水混合之后凝固來形成硬化塊。F級粉煤灰通常不含誘 導(dǎo)膠結(jié)反應(yīng)的足量石灰，因此，另外的鈣離子源對于包含F(xiàn)級粉煤灰的水泥組合物來說是必 需的。在一些實(shí)施方案中，石灰可與在粉煤灰的約0.1重量％至約100重量％范圍內(nèi)的量的F 級粉煤灰混合。在一些情況中，石灰可以是水合石灰。粉煤灰的適合實(shí)例包括但不限于可購 自Halliburton Energy Services, Inc.，Houston,Texas的P〇ZM.lX?A水泥添加劑。
[0017] 水泥的實(shí)施方案可包含高鋁含量水泥。在一些實(shí)施方案中，高鋁水泥包含鋁酸鈣。 鋁酸鈣可以是適合用作水泥的任何鋁酸鈣。適合的鋁酸鈣是可購自Lonestar Lafarge Company的SEC AR^eO鋁酸鈣。高鋁含量水泥還可包含可溶性磷酸鹽。除了其他情況外，據(jù) 信可溶性磷酸鹽與高鋁含量水泥發(fā)生反應(yīng)以便形成可對二氧化碳具有抗性的凝固水泥。例 如，鋁酸鈣應(yīng)與多磷酸鈉發(fā)生反應(yīng)以便形成磷酸鈣水泥。任何類型的可溶性磷酸鹽可包括 在高鋁含量水泥中，實(shí)例包括但不限于?；姿徕c、六偏磷酸鈉、多磷酸鈉、磷酸二氫鈉、磷 酸一氫鈉和其組合。其他可溶性堿金屬磷酸鹽也可適合使用。適合的可溶性磷酸鹽可購自 Astaris LLC,St·Louis，Mo〇
[0018] 水泥可以適合用于特定應(yīng)用的量包括在水泥組合物中。水泥的濃度也可加以選擇 例如以便在凝固后提供用于水泥組合物的特定抗壓強(qiáng)度。在使用時(shí)，可以在水泥的約1重 量％至約99重量％范圍內(nèi)的量來包括水泥。例如，水泥可以在水泥的約1重量％、約5重 量％、約10重量％、約20重量％、約30重量％、約40重量％、約50重量％、約60重量％、約70重 量％、約80重量％、約90重量％或約99重量％的任何量之間的范圍內(nèi)和/或包括任何量的量 存在。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，水泥可以在水泥的約25重量％至約75重量％范圍內(nèi)并且替 代地在約40重量％至約60重量％范圍內(nèi)的量存在。在一些實(shí)施方案中，水泥組合物中存在 的膠結(jié)成分可基本上由水泥構(gòu)成。例如，水泥組合物可主要包含水泥和水，而沒有在水存在 下會水硬地凝固的任何另外的成分。受益于本公開的益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)會認(rèn) 識到針對選定應(yīng)用來包括的水泥的適當(dāng)量。
[0019] 用在水泥組合物的實(shí)施方案中的水可來自于任何來源，只要所述來源不含可能不 合需要地影響水泥組合物中的其他成分的過量化合物即可。例如，水泥組合物可包含淡水 或鹽水(salt water)。鹽水中通?？砂ㄒ环N或多種溶解的鹽并且可根據(jù)特定應(yīng)用的需要 為飽和或不飽和的。海水或鹽水(brine)可適合在實(shí)施方案中使用。此外，水可以足以形成 可栗送漿液的量存在。在某些實(shí)施方案中，水可以在水泥的約33重量％至約200重量％范圍 內(nèi)的量存在于水泥組合物中。在某些實(shí)施方案中，水可以在水泥的約35重量％至約70重 量％范圍內(nèi)的量存在于水泥組合物中。受益于本公開的益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會 認(rèn)識到用于選定應(yīng)用的水的適當(dāng)量。
[0020] 水泥組合物的實(shí)施方案可包含鈣離子源。適合的鈣離子源可包含任何化合物，諸 如含鈣的鹽或能夠離解來提供鈣離子的其他物質(zhì)。在一些實(shí)施方案中，鈣離子源能夠與水 泥組合物的任何其他組分反應(yīng)以便形成膠結(jié)材料。例如，適合的鈣離子源能夠在水的存在 下與浮石反應(yīng)以便形成膠結(jié)材料。鈣離子源的實(shí)例包括:水合石灰(可被替代地稱為例如氫 氧化鈣、熟石灰、建筑工人用石灰和/或消石灰）；生石灰（可被替代地稱為例如氧化鈣）；以 及在氫氧化物離子源存在下的鈣鹽。根據(jù)一些實(shí)施方案的鈣鹽可具有CaX 2的形式，其中X是 帶有-1的形式電荷的陰離子(例如，CaBr2、CaF2、CaI 2、CaCl2)。根據(jù)其他實(shí)施方案的鈣鹽可 具有CaX的形式，其中X是帶有-2的形式電荷的陰離子(例如，碳酸根陰離子C(V 2)。在一些實(shí) 施方案中，鈣離子源可伴隨著水泥組合物中的氫氧化物離子源或另外與水泥組合物中的氫 氧化物離子源組合。這樣的來源可包括堿金屬或堿土金屬元素的氫氧化物鹽。適合的氫氧 化物鹽包括氫氧化鈉、氫氧化鉀和氫氧化媽。在某些實(shí)施方案中，媽離子源可包括在水泥組 合物中并且經(jīng)受堿性條件(例如，為了支持鈣離子源與一些水泥組合物的火山灰之間的火 山灰反應(yīng)）。在一些實(shí)施方案中，鈣離子源自身可以是堿性的，或可以在離解之后產(chǎn)生堿性 條件(例如像將在氫氧化鈣的離解之后發(fā)生的情況）。
[0021] 在存在時(shí)，鈣離子源可以例如在水泥的約10重量％至約100重量％范圍內(nèi)的量包 括在水泥組合物中。在一些實(shí)施方案中，鈣離子源可以在水泥的約10重量％、約20重量％、 約40重量％、約60重量％、約80重量％或約100重量％的任何量之間的范圍內(nèi)和/或包括任 何量的量存在。受益于本公開的益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到針對選定應(yīng)用來 包括的鈣離子源的適當(dāng)量。
[0022] 水泥組合物的實(shí)施方案可包含凝固緩凝劑例如以便延遲凝固和/或緩凝水泥。寬 范圍的凝固緩凝劑可適合在水泥組合物中使用。例如，凝固緩凝劑可包括膦酸，諸如氨基三 (亞甲基膦酸）、乙二胺四（亞甲基膦酸）、二亞乙基三胺五(亞甲基膦酸）等;木質(zhì)素磺酸鹽， 諸如木質(zhì)素磺酸鈉、木質(zhì)素磺酸鈣等;鹽，諸如硫酸亞錫、乙酸鉛、磷酸二氫鈣;有機(jī)酸，諸如 檸檬酸、酒石酸等；纖維素衍生物，諸如羥乙基纖維素（HEC)和羧甲基羥乙基纖維素 (CMHEC);包含磺酸酯基和羧酸基的合成共聚物或三元聚合物，諸如磺酸酯官能化的丙烯酰 胺-丙烯酸共聚物;硼酸鹽化合物，諸如堿性硼酸鹽、偏硼酸鈉、四硼酸鈉、五硼酸鉀;其衍生 物或其混合物。適合的凝固緩凝劑的實(shí)例包括膦酸衍生物以及其他。適合的凝固緩凝劑的 一個(gè)實(shí)例是可購自Halliburton Energy Services，Inc的Micro Mat丨·?χκ水泥緩凝劑。通 常，凝固緩凝劑可以足夠延遲凝固一段所需時(shí)間的量存在于水泥組合物中。在一些實(shí)施方 案中，凝固緩凝劑可以在水泥的約〇. 〇 1重量％至約10重量％范圍內(nèi)的量存在于水泥組合物 中。在具體實(shí)施方案中，凝固緩凝劑可以在水泥的約0.01重量％、約0.1重量％、約1重量％、 約2重量％、約4重量％、約6重量％、約8重量％或約10重量％的任何量之間的范圍內(nèi)和/或 包括任何量的量存在。水泥組合物的示例性實(shí)施方案可包含浮石、水合石灰、水和凝固緩凝 劑。受益于本公開的益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到針對選定應(yīng)用來包括的凝固 緩凝劑的適當(dāng)量。
[0023] 如先前所提及，水泥組合物的實(shí)施方案可任選地包含分散劑。適合的分散劑的實(shí) 例包括但不限于基于磺化甲醛的分散劑（例如，磺化丙酮甲醛縮合物），其實(shí)例可包括可購 自Geo Specialty Chemicals，Ambler，Pennsylvania的 Daxad?· 19分散劑。其他適合的分 散劑可以是聚羧酸醚分散劑，諸如可購自BASF Corporation Houston, Texas的 Liquiment:l<>5581F或 Liquimem^ 514L分散劑，或可購自 Coatex，Genay，F(xiàn)rance 的 Ethacry 1?G分散劑。適合的可用分散劑的另外實(shí)例是可購自Hal 1 iburton Energy Services, Inc, Houston, Texas 的 CFR?-3 分散劑。LiquimentV)14L 分散劑可包含溶于水中 的36重量％的聚羧酸醚。盡管多種分散劑可根據(jù)實(shí)施方案來使用，聚羧酸醚分散劑可特別 適合在一些實(shí)施方案中使用。在不受理論限制的情況下，據(jù)信聚羧酸醚分散劑可協(xié)同地與 延遲凝固或緩凝水泥組合物的其他組分相互作用。例如，據(jù)信聚羧酸醚分散劑可與某些凝 固緩凝劑(例如，膦酸衍生物)反應(yīng)，從而引起在延長的時(shí)間段內(nèi)懸浮組合物中的膠結(jié)材料 的凝膠的形成。
[0024]在一些實(shí)施方案中，分散劑可以在水泥的約0.01重量％至約5重量％范圍內(nèi)的量 包括在水泥組合物中。在具體實(shí)施方案中，分散劑可以在水泥的約0.01重量％、約0.1重 量％、約0.5重量％、約1重量％、約2重量％、約3重量％、約4重量％或約5重量％的任何量之 間的范圍內(nèi)和/或包括任何量的量范圍存在。受益于本公開的益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員將會認(rèn)識到針對選定應(yīng)用來包括的分散劑的適當(dāng)量。
[0025] 在一些實(shí)施方案中，增粘劑可包括在水泥組合物中。增粘劑可被包括來優(yōu)化流體 流變學(xué)并且穩(wěn)定懸浮液。在無限制的情況下，增粘劑的實(shí)例包括可溶脹粘土，諸如膨潤土或 生物聚合物，諸如纖維素衍生物（例如，羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、羧甲基羥乙基纖維 素）。可商購獲得的增粘劑的實(shí)例是可購自Halliburton Energy Services,Inc.，Houston, TX的SA-1015?。增粘劑可以在水泥的約0.01重量％至約0.5重量％范圍內(nèi)的量包括在水泥 組合物中。在具體實(shí)施方案中，增粘劑可以在水泥的約0.01重量％、約0.05重量％、約0.1重 量％、約0.2重量％、約0.3重量％、約0.4重量％或約0.5重量％的任何量之間的范圍內(nèi)和/ 或包括任何量的量存在。受益于本公開的益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到針對選 定應(yīng)用來包括的增粘劑的適當(dāng)量。
[0026] 適合于在注水泥操作中使用的其他添加劑還可以根據(jù)特定應(yīng)用的需要加入水泥 組合物中。這類添加劑的實(shí)例包括但不限于發(fā)泡添加劑、強(qiáng)度衰退添加劑、輕質(zhì)添加劑、產(chǎn) 氣添加劑、機(jī)械性能增強(qiáng)添加劑、堵漏材料、失液量控制添加劑、消泡添加劑、觸變性添加劑 和其任何組合。這些添加劑和其他添加劑的具體實(shí)例包括結(jié)晶二氧化硅、熱解二氧化硅、硅 酸鹽、鹽、纖維、可水合粘土、微球體、硅藻土、天然火山灰、沸石、粉煤灰、谷糠灰、可溶脹彈 性體、樹脂、其任何組合等等。受益于本公開的益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將很容易能夠 確定用于特定應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)所需結(jié)果的添加劑的類型和量。
[0027] 任選地，發(fā)泡添加劑可包括在水泥組合物中以便例如促進(jìn)和/或穩(wěn)定利用所述發(fā) 泡添加劑所形成的所得泡沫。具體來說，水泥組合物可利用發(fā)泡添加劑和氣體來發(fā)泡。發(fā)泡 添加劑可包括減小水的表面張力的表面活性劑或表面活性劑的組合。例如，發(fā)泡劑可包含 陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑、兩性表面活性劑(包括兩性離子表面活性劑）、陽離 子表面活性劑或其混合物。適合的發(fā)泡添加劑的實(shí)例包括但不限于:甜菜堿;陰離子表面活 性劑，諸如水解角蛋白；氧化胺，諸如烷基或烯烴二甲基氧化胺;椰油酰氨基丙基二甲基氧 化胺;磺酸甲酯;烷基或烯烴酰氨基甜菜堿，諸如椰油酰氨基丙基甜菜堿;α-烯烴磺酸鹽;季 銨型表面活性劑，諸如氯化三甲基牛脂銨和氯化三甲基可可銨;C8至C22烷基乙氧基化硫酸 鹽;和其組合。適合的發(fā)泡添加劑的具體實(shí)例包括但不限于:烷基醚硫酸鹽的銨鹽、椰油酰 氨基丙基甜菜堿表面活性劑、椰油酰氨基丙基二甲基氧化胺表面活性劑、氯化鈉和水的混 合物;烷基醚硫酸鹽表面活性劑的銨鹽、椰油酰氨基丙基羥基甜菜堿表面活性劑、椰油酰氨 基丙基二甲基氧化胺表面活性劑、氯化鈉和水的混合物;水解角蛋白；乙氧基化醇醚硫酸鹽 表面活性劑、烷基或烯烴酰氨基丙基甜菜堿表面活性劑和烷基或烯烴二甲基氧化胺表面活 性劑的混合物;α烯系磺酸酯表面活性劑和甜菜堿表面活性劑的水溶液;和其組合。適合的 發(fā)泡添加劑的實(shí)例是可購自Halliburton Energy Services, Inc的Z0NESEALANT? 2000試 劑。
[0028] 任選地，強(qiáng)度衰退添加劑可包括在水泥組合物中以便例如在已使水泥組合物發(fā)展 抗壓強(qiáng)度后防止在水泥組合物暴露于高溫時(shí)強(qiáng)度的衰退。這些添加劑可允許水泥組合物按 預(yù)期來形成，從而防止膠結(jié)組合物的裂紋和過早斷裂。適合的強(qiáng)度衰退添加劑的實(shí)例可包 括但不限于無定形二氧化硅、粗晶粒結(jié)晶二氧化硅、細(xì)晶粒結(jié)晶二氧化硅或其組合。
[0029] 任選地，輕質(zhì)添加劑可包括在水泥組合物中以便例如降低水泥組合物的密度。適 合的輕質(zhì)添加劑的實(shí)例包括但不限于膨潤土、煤、硅藻土、膨脹珍珠巖、粉煤灰、黑瀝青、中 空微球、低密度彈性珠、氮、火山灰膨潤土、硅酸鈉、其組合或本領(lǐng)域已知的其他輕質(zhì)添加 劑。
[0030] 任選地，產(chǎn)氣添加劑可包括在水泥組合物中以便在預(yù)先確定的時(shí)間釋放氣體，這 可有益于防止氣體在水泥組合物硬化之前從地層迀移穿過水泥組合物。所產(chǎn)生的氣體可與 水泥組合物結(jié)合或抑制水泥組合物由地層氣體滲透。適合的產(chǎn)氣添加劑的實(shí)例包括但不限 于金屬顆粒(例如，鋁粉），所述金屬顆粒與堿性溶液反應(yīng)以產(chǎn)生氣體。
[0031] 任選地，機(jī)械性能增強(qiáng)添加劑可包括在水泥組合物中以便例如確保足夠的抗壓強(qiáng) 度和長期結(jié)構(gòu)完整性。這些特性可受應(yīng)變、應(yīng)力、溫度、壓力以及來自地下環(huán)境的撞擊效應(yīng) 的影響。機(jī)械性能增強(qiáng)添加劑的實(shí)例可包括但不限于碳纖維、玻璃纖維、金屬纖維、礦物纖 維、二氧化硅纖維、聚合物彈性體、乳膠和其組合。
[0032] 任選地，堵漏材料可包括在水泥組合物中以便例如有助于防止進(jìn)入地下地層中的 流體循環(huán)損失。堵漏材料的實(shí)例包括但不限于雪松樹皮、碎甘蔗莖、礦物纖維、云母片、賽璐 扮、碳酸媽、廢膠末、聚合物材料、塑料塊、磨碎大理石、木材、堅(jiān)果殼、膠木(formica)、玉米 穗軸、棉殼和其組合。
[0033] 任選地，失液量控制添加劑可包括在水泥組合物中以便例如降低流失到地下地層 中的流體的體積。水泥組合物的特性可受到其含水量的顯著影響。流體的損失可使水泥組 合物遭受設(shè)計(jì)特性的降級或完全失效。適合的失液量控制添加劑的實(shí)例包括但不限于某些 聚合物，諸如羥乙基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素、2-丙烯酰氨基-2-甲基丙烷磺酸和丙烯 酰胺或N，N_二甲基丙烯酰胺的聚合物，以及接枝共聚物，所述接枝共聚物包含木質(zhì)素或褐 煤的主鏈和側(cè)基，所述側(cè)基包括選自由以下組成的組的至少一個(gè)成員：2_丙烯酰氨基-2-甲 基丙烷磺酸、丙烯腈和N，N-二甲基丙烯酰胺。
[0034] 任選地，消泡添加劑可包括在水泥組合物中以便例如在水泥組合物的混合和栗送 期間降低水泥組合物發(fā)泡的趨勢。適合的消泡添加劑的實(shí)例包括但不限于多元醇有機(jī)硅化 合物。適合的消泡添加劑可以產(chǎn)品名D-AIR?消泡劑購自Hal 1 iburton Energy Services， Inc〇
[0035] 任選地，觸變性添加劑可包括在水泥組合物中以便例如提供可作為稀流體或低粘 度流體栗送，但在使之保持靜態(tài)時(shí)獲得相對高粘度的水泥組合物。除了其他情況外，觸變性 添加劑可用來幫助控制游離水，隨著漿液凝固而產(chǎn)生快速膠凝作用，抵抗循環(huán)量損失，防止 環(huán)狀柱中的"落后"，并且最小化氣體迀移。適合的觸變性添加劑的實(shí)例包括但不限于石膏、 水溶性羧基烷基纖維素、羥烷基纖維素、混合羧基烷基羥烷基纖維素、多價(jià)金屬鹽、具有羥 乙基纖維素的氯氧化鋯或其組合。
[0036] 水泥組合物的組分可以形成水泥組合物所需的任何順序來組合，所述水泥組合物 可被放置在地面和/或放入地下地層中。此外，水泥組合物的組分可使用可與組合物相容的 任何混合裝置來組合，所述混合裝置包括例如散料混合器(bulk mixer)。在一個(gè)特定實(shí)例 中，水泥組合物可通過將干燥組分(例如，其可以是水泥組分)與水組合來制備。液體添加劑 (如果存在)可在水與干燥組分組合之前與水組合。干燥組分可在它們與水組合之前干混。 例如，可以制備干混物，所述干混物包含鎂金屬礦石廢料和水泥組分。其他適合的技術(shù)可用 于水泥組合物的制備，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)示例性實(shí)施方案將理解的。
[0037] 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解水泥組合物的實(shí)施方案應(yīng)通常具有適合用于特定 應(yīng)用的密度。例如，水泥組合物可具有約4鎊每加侖（"lb/gal"）至約201b/gal范圍內(nèi)的密 度。在某些實(shí)施方案中，水泥組合物可具有約81b/gal至約171b/gal范圍內(nèi)的密度。水泥組 合物的實(shí)施方案可為發(fā)泡的或未發(fā)泡的，或者可包含其他方式來降低它們的密度，諸如中 空微球、低密度彈性珠或本領(lǐng)域已知的其他降低密度的添加劑。在實(shí)施方案中，密度可在存 儲組合物之后，但在放置在地下地層之前被降低。受益于本公開的益處的本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員將會認(rèn)識到用于特定應(yīng)用的適當(dāng)密度。
[0038]水泥組合物的實(shí)施方案可延遲凝固，因?yàn)樗鼈冊陟o態(tài)存儲時(shí)在室溫(例如，約80°F 下)保持可栗送流體狀態(tài)一天時(shí)間或更長(例如，約1天、約2周、約2年或更長）。例如，延遲凝 固的水泥組合物可保持可栗送流體狀態(tài)約1天至約7天或更長的一段時(shí)間。在一些實(shí)施方案 中，延遲凝固的水泥組合物可保持在可栗送流體狀態(tài)下約1天、約7天、約10天、約20天、約30 天、約40天、約50天、約60天或更長。在流體具有小于70伯登稠度單位（"Be"）的稠度的情況 下，所述流體被認(rèn)為處于可栗送流體狀態(tài)，所述稠度是根據(jù)API RP PracticelOB-2, Recommended Practice for Testing Well Cements,第一版，2005年7月中闡述的用于測 定水泥增稠時(shí)間的程序在加壓稠度計(jì)上測量。已經(jīng)延遲凝固的水泥組合物的示例性實(shí)施方 案可包括浮石、水合石灰、水、凝固緩凝劑和任選地分散劑。
[0039] 實(shí)施方案可通常利用鈍化水泥速凝劑來增加早期強(qiáng)度發(fā)展。如在本文所使用，鈍 化水泥速凝劑是指膠結(jié)材料的顆粒，所述顆粒在水中稀釋時(shí)經(jīng)歷水合作用使得它們不會聚 結(jié)并且凝結(jié)成硬化塊。在不受理論限制的情況下，據(jù)信鈍化水泥速凝劑可通常被描述為具 有水合反應(yīng)產(chǎn)物的鈍化層(例如，用于波特蘭水泥的硅酸鈣水合物的鈍化層），所述鈍化層 包封膠結(jié)材料的顆粒使得此類顆粒的芯部由于鈍化層對它們的包封而更不可用于擴(kuò)散，這 可產(chǎn)生半透性或完全不可滲透的屏障直到所述鈍化層通過將鈍化顆粒置于堿性條件下至 少部分地去除為止。此外，鈍化過程隔離膠結(jié)材料的顆粒使得它們不會形成可凝固成硬化 塊中的互鎖連接網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，而是替代地作為離散顆?；蛏倭款w粒(例如，兩個(gè)、三個(gè)、四個(gè)顆 粒等)的松散定位連接網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而存在，所述少量顆粒僅擁有有限的連接性，如果施加另外 的攪動，那么所述有限的連接性可被打破。在實(shí)施方案中，鈍化水泥速凝劑可通常通過以下 方式來制備:將膠結(jié)材料與足量的水混合，同時(shí)以足夠的速率并且歷時(shí)充足的時(shí)間攪拌混 合物，使得允許膠結(jié)材料和水反應(yīng)，然而膠結(jié)材料的顆粒仍保持彼此分離，使得它們不會形 成硬化塊。添加的水的量以及所需攪拌或攪動的量程度取決于將要鈍化的膠結(jié)材料的類 型。通常，所需水的最小量是保持顆粒不聚結(jié)所必需的量;這個(gè)量可取決于將要施加的攪動 量而變化。類似地，所需攪動的最小量是保持顆粒不沉降所必需的量;這個(gè)量可取決于已添 加的水的量而變化。
[0040] 下文表1示出可根據(jù)示例性實(shí)施方案使用的鈍化水泥速凝劑的X射線衍射（"XRD"） 組成分析，所述分析是與未水合波特蘭水泥進(jìn)行對比。表1中示出的鈍化水泥速凝劑是根據(jù) 下文在實(shí)施例4中所述的程序制備并且老化127天的鈍化波特蘭水泥。
[0041] 表1
[0042] 鈍化水泥速凝劑的XRD
[0044] 如上文表中所示，鈍化水泥速凝劑的這個(gè)示例性實(shí)施方案可包含呈約50%或更少 的量的C3S、呈約20%或更少的量的C 2S以及呈約15%或更少的量的C4AF。對比來說，預(yù)期典 型的未水合波特蘭水泥將包括呈約54%的量的C3S、呈約26%的量的C 2S以及呈約17%的量 的C4AF。如在表1中可見，鈍化過程可將膠結(jié)材料從完全結(jié)晶材料轉(zhuǎn)化為部分地包含結(jié)晶相 并部分地包含非晶相的材料。甚至在鈍化水泥已經(jīng)與水接觸127天以后，仍存在未水合結(jié)晶 材料的證據(jù)，所述未水合結(jié)晶材料以組合物的約14%存在。在不受理論限制的情況下，未水 合結(jié)晶材料的存在可通過鈍化過程來解釋。理想地，在鈍化過程期間，非晶相圍繞結(jié)晶水泥 顆粒形成低擴(kuò)散屏障(例如，在波特蘭水泥中，非晶屏障可由波特蘭水泥反應(yīng)產(chǎn)物硅酸鈣水 合物"CSH"構(gòu)成）。這種屏障防止水泥顆粒的總體水合并且提供一種機(jī)制，鈍化水泥速凝劑 通過所述機(jī)制在引入膠結(jié)漿液時(shí)變?yōu)榛钚缘摹Ｔ诓皇芾碚撓拗频那闆r下，據(jù)信鈍化水泥速 凝劑起作用的機(jī)制是當(dāng)速凝劑被引入堿性膠結(jié)漿液時(shí)，非晶層溶解或部分溶解，并且剩余 結(jié)晶膠結(jié)材料被水合。結(jié)晶膠結(jié)材料的水合和已溶解非晶相的內(nèi)在反應(yīng)性向在堿性膠結(jié)漿 液中發(fā)生的膠結(jié)反應(yīng)提供顯著的加速。
[0045] 本文討論的任何膠結(jié)材料都可被鈍化。例如，鈍化水泥速凝劑可包含波特蘭水泥、 火山灰水泥、石膏水泥、高鋁含量水泥、二氧化娃水泥、礦渣水泥和其任何組合。作為實(shí)例并 且在不受理論限制的情況下，據(jù)信已鈍化的波特蘭水泥將包含由硅酸鈣水合物(CHS)凝膠 的鈍化層包圍的波特蘭水泥顆粒。在這個(gè)實(shí)例中，鈍化波特蘭水泥可能不會形成硬化塊直 到將所述水泥置于堿性條件下以使得堿性可去除鈍化層的至少一部分為止。
[0046] 制備鈍化水泥速凝劑包括將膠結(jié)材料加入水中。應(yīng)使用足量的水，使得膠結(jié)材料 的顆粒不能夠聚結(jié)，例如可以膠結(jié)材料的約60重量％至膠結(jié)材料的500重量％或更多的量 使用水。水的量應(yīng)足以充分稀釋混合物使得膠結(jié)材料的顆粒通常不應(yīng)聚結(jié)并且彼此粘結(jié)， 即它們保持離散。出于所有實(shí)際目的，對應(yīng)添加的水的量的僅有限制是由后勤顧慮所確定 的那些限制。例如，不應(yīng)使膠結(jié)材料的顆粒沉降，因此，盡管非常大量的水可保持所述顆粒 不聚結(jié)，但它們還可能需要非常劇烈的攪動或大量的懸浮助劑以便保持所述顆粒不沉降。 因此，對于所有系統(tǒng)來說，水的最少量是保持顆粒不聚結(jié)所必需的量，并且水的最大量是仍 存在切實(shí)可行的方式來保持顆粒不沉降的最大量。在已將水加入膠結(jié)材料之后，鈍化過程 將開始?；旌衔锟尚枰磻?yīng)一段時(shí)間，例如，約4個(gè)小時(shí)至約12個(gè)小時(shí)。在反應(yīng)階段期間，可 能需要連續(xù)或間歇地?cái)嚢杌旌衔?。可使用任何類型的攪拌或攪動，只要足以保持水泥顆粒 不沉降即可（例如，可使用磁性攪拌器和頂置式攪拌器）。此外，如上文所討論的，懸浮劑可 用來幫助使水泥顆粒懸浮。懸浮劑的使用可作為攪動的補(bǔ)充或替代攪動。適合的懸浮助劑 的實(shí)例可包括增粘劑，諸如上文描述的那些增粘劑，包括可溶脹粘土，諸如膨潤土或生物聚 合物，諸如纖維素衍生物(例如，羥乙基纖維素、羧甲基纖維素、羧甲基羥乙基纖維素）?？缮?購獲得的增粘劑的實(shí)例是可購自Halliburton Energy Services, Inc.，Houston，TX的SA-1015?。
[0047] 鈍化水泥速凝劑應(yīng)通常被鈍化使得鈍化顆粒的水硬活性得以減小。例如，鈍化水 泥速凝劑和水的混合物可通常在延長的時(shí)間段內(nèi)不凝固來形成硬化塊，甚至在不存在凝固 緩凝劑的情況下也是如此。在一些實(shí)施方案中，鈍化水泥速凝劑和水的混合物可在延長的 時(shí)間段內(nèi)保持可栗送流體狀態(tài)（即，如上文所討論的小于70Bc的稠度）。例如，鈍化水泥速凝 劑和水的混合物可在約1天至約10天或更長的范圍內(nèi)保持為可栗送流體狀態(tài)。明確來說，鈍 化水泥速凝劑和水的混合物可在約1天、約3天、約7天、約10天或更長時(shí)間保持為可栗送狀 態(tài)。在一些實(shí)施方案中，這種混合物可作為液體添加劑加入水泥組合物中。替代地，水可以 任何充分方式(例如，過濾、干燥、抽吸等)從鈍化水泥速凝劑中去除，并且鈍化水泥速凝劑 可保持為干粉并存儲供隨后使用。干燥鈍化水泥速凝劑可在使用前存儲數(shù)周或數(shù)月，例如， 干燥鈍化水泥速凝劑可存儲約4個(gè)月或更長時(shí)間。
[0048] 在實(shí)施方案中，鈍化水泥緩凝劑可以在水泥組合物的約0.1重量％至約10重量％ 范圍內(nèi)的量加入水泥組合物中。在具體實(shí)施方案中，鈍化水泥緩凝劑可以在水泥組合物中 的水泥的約0.1重量％、約0.5重量％、約1重量％、約2重量％、約3重量％、約5重量％、約7重 量％或約10重量％的任何量之間的范圍內(nèi)和/或包括任何量的量存在。受益于本公開的益 處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到針對選定應(yīng)用來包括的鈍化水泥緩凝劑的適當(dāng)量。
[0049] 在實(shí)施方案中，鈍化水泥緩凝劑可用來增加水泥組合物中的早期強(qiáng)度發(fā)展。應(yīng)當(dāng) 理解，鈍化水泥緩凝劑無需但可以包括相同或類似類型的水泥，所述水泥是由鈍化水泥速 凝劑提供的強(qiáng)度增強(qiáng)的對象。例如，包含鈍化波特蘭水泥的鈍化水泥緩凝劑可被加入包含 浮石、水合石灰和水的水泥組合物中。在特定實(shí)施方案中，水泥組合物可以是延遲凝固的水 泥組合物，如上文詳細(xì)討論的。作為另一實(shí)例，鈍化礦渣水泥速凝劑可被加入包含高鋁含量 水泥的水泥組合物中。
[0050] 在一些實(shí)施方案中，水泥組合物可在鈍化水泥速凝劑的添加后凝固來具有合需要 的抗壓強(qiáng)度。抗壓強(qiáng)度通常為材料或結(jié)構(gòu)承受軸向?qū)蛲屏Φ娜萘?。抗壓?qiáng)度可在鈍化水 泥速凝劑已加入水泥組合物中并且使所得組合物維持在規(guī)定溫度和壓力條件下之后一段 規(guī)定時(shí)間時(shí)進(jìn)行測量?？赏ㄟ^破壞性方法或非破壞性方法來測量抗壓強(qiáng)度。破壞性方法通 過在壓縮測試機(jī)中壓碎樣本來物理地測試水泥組合物樣本在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的強(qiáng)度?？箟簭?qiáng)度 是根據(jù)斷裂載荷除以抵抗荷載的橫截面積來計(jì)算并且以每平方英寸鎊力(psi)為單位來報(bào) 告。非破壞性方法可采用可購自Fann Instrument Company，Houston，TX的UCA?超聲水泥分 析器?？箟簭?qiáng)度值可根據(jù)API RP 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements,第一版,2005年7月來測定。
[0051 ] 例如，水泥組合物可產(chǎn)生在約50psi至約5000psi、替代地在約lOOpsi至約4500psi 或替代地在約500psi至約4000psi范圍內(nèi)的24小時(shí)抗壓強(qiáng)度。在一些實(shí)施方案中，水泥組合 物可產(chǎn)生至少約50卩8；[、至少約100卩8；[、至少約500卩8；[或更大的24小時(shí)抗壓強(qiáng)度。在一些實(shí) 施方案中，可使用破壞性方法或非破壞性方法在約40°F (或更低）至約500°F (或更高）范圍 內(nèi)的溫度下測定抗壓強(qiáng)度值。
[0052]在一些實(shí)施方案中，在鈍化水泥速凝劑的添加之后，水泥組合物可具有合需要的 增稠時(shí)間。增稠時(shí)間通常是指流體(諸如水泥組合物)保持為能夠被栗送的流體狀態(tài)的時(shí) 間。多種不同的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)可用來測量增稠時(shí)間。根據(jù)上述API RP Practice 10B-2中闡述 的程序操作的加壓稠度計(jì)可用來測量流體是否處于可栗送流體狀態(tài)。增稠時(shí)間可以是處理 流體達(dá)到70Bc的時(shí)間并且可作為達(dá)到70Bc的時(shí)間來報(bào)告。在一些實(shí)施方案中，在3,000psi 下和在約50 °F至約400°F范圍內(nèi)、替代地約80 °F至約250°F范圍內(nèi)的溫度下并替代地在約 140°F的溫度下，水泥組合物可具有大于約1小時(shí)、替代地大于約2小時(shí)、替代地大于約5小時(shí) 的增稠時(shí)間。
[0053]鈍化水泥速凝劑的任選實(shí)施方案可與水泥凝固活化劑一起使用，使得包含鈍化水 泥速凝劑和水泥凝固活化劑的添加劑可被加入水泥組合物中。在使用水泥凝固活化劑的實(shí) 施方案中，可能必需攪拌鈍化水泥速凝劑和水泥凝固活化劑的混合物，同時(shí)將混合物保持 在冰浴中冷卻以便減輕任何溫度增加。替代地，水泥凝固活化劑可在鈍化水泥速凝劑之前、 之后或與鈍化水泥速凝劑同時(shí)直接加入水泥組合物中。如在本文所使用，術(shù)語"水泥凝固活 化劑"或"活化劑"是指一種添加劑，所述添加劑活化延遲凝固和/或緩凝水泥組合物，并且 還可在某些系統(tǒng)中加速延遲凝固或緩凝水泥組合物的凝固。例如，延遲凝固和/或緩凝水泥 組合物的實(shí)施方案可被活化來在約1小時(shí)至約12小時(shí)范圍內(nèi)的時(shí)間段中形成硬化塊。例如， 延遲凝固和/或緩凝水泥組合物的實(shí)施方案可在約1小時(shí)、約2小時(shí)、約4小時(shí)、約6小時(shí)、約8 小時(shí)、約10小時(shí)或約12小時(shí)的任何時(shí)間之間的范圍內(nèi)和/或包括任何時(shí)間的時(shí)間段內(nèi)凝固 而形成硬化塊。
[0054]適合的水泥凝固活化劑的實(shí)例包括但不限于：沸石;胺類，諸如三乙醇胺、二乙醇 胺;硅酸鹽，諸如硅酸鈉；甲酸鋅；乙酸鈣；IA族和IIA族氫氧化物，諸如氫氧化鈉、氫氧化鎂 和氫氧化鈣;一價(jià)鹽，諸如氯化鈉;二價(jià)鹽，諸如氯化鈣;納米二氧化硅(即，具有小于或等于 約100納米的粒度的二氧化硅）；多磷酸鹽;和其組合。在一些實(shí)施方案中，多磷酸鹽和一價(jià) 鹽的組合可用于活化。一價(jià)鹽可以是解離來形成一價(jià)陽離子的任何鹽，諸如鈉鹽和鉀鹽。適 合的一價(jià)鹽的具體實(shí)例包括硫酸鉀和硫酸鈉。多種不同的多磷酸鹽可與一價(jià)鹽組合使用以 用于延遲凝固的水泥組合物的活化，包括聚合的偏磷酸鹽、磷酸鹽和其組合?？梢允褂玫钠?磷酸聚合物鹽的具體實(shí)例包括六偏磷酸鈉、三偏磷酸鈉、四偏磷酸鈉、五偏磷酸鈉、七偏磷 酸鈉、八偏磷酸鈉和其組合。適合的水泥凝固活化劑的具體實(shí)例包含硫酸鈉和六偏磷酸鈉 的組合。在特定實(shí)施方案中，活化劑可作為液體添加劑提供并加入延遲凝固的水泥組合物 中，所述液體添加劑例如包含一價(jià)鹽、多磷酸鹽和任選地分散劑的液體添加劑。
[0055] -些實(shí)施方案可包括水泥凝固活化劑，所述水泥凝固活化劑包括一價(jià)鹽和多磷酸 鹽的組合。一價(jià)鹽和多磷酸鹽可在被加入延遲凝固的水泥組合物之前組合或可單獨(dú)地加入 延遲凝固的水泥組合物中。一價(jià)鹽可以是解離來形成一價(jià)陽離子的任何鹽，諸如鈉鹽和鉀 鹽。適合的一價(jià)鹽的具體實(shí)例包括硫酸鉀和硫酸鈉。多種不同的多磷酸鹽可與一價(jià)鹽組合 使用以用于延遲凝固的水泥組合物的活化，所述多磷酸鹽包括例如偏磷酸聚合物鹽、磷酸 鹽和其組合。可以使用的聚合的偏磷酸鹽的具體實(shí)例包括六偏磷酸鈉、三偏磷酸鈉、四偏磷 酸鈉、五偏磷酸鈉、七偏磷酸鈉、八偏磷酸鈉和其組合。適合的水泥凝固活化劑的具體實(shí)例 包含硫酸鈉和六偏磷酸鈉的組合。有趣的是，六偏磷酸鈉還在本領(lǐng)域中已知為波特蘭水泥 的強(qiáng)緩凝劑。由于多磷酸鹽的獨(dú)特化學(xué)性質(zhì)，多磷酸鹽可用作水泥凝固活化劑以用于本文 公開的延遲凝固的水泥組合物的實(shí)施方案。一價(jià)鹽與多磷酸鹽的比率可在例如約5:1至約 1:25或約1:1至約1:10的范圍中。水泥凝固活化劑的實(shí)施方案可包含呈約5:1、2:1、約1:1、 約1:2、約1:5、約1:10、約1: 20或約1:25的任何比率(一價(jià)鹽與多磷酸鹽的比率)之間的范圍 內(nèi)和/或包括任何比率的比率的一價(jià)鹽和多磷酸鹽。
[0056] 在一些實(shí)施方案中，一價(jià)鹽和多磷酸鹽的組合可與分散劑和水混合以便形成用于 延遲凝固和/或緩凝水泥組合物的活化的液體添加物。適合的分散劑的實(shí)例包括但不限于 先前描述的分散劑，諸如基于磺化甲醛的分散劑和聚羧酸醚分散劑。分散劑的一個(gè)實(shí)例是 可購自Halliburton Energy Services, Inc的CFR-3?分散劑。適合的聚羧酸醚分散劑的實(shí) 例包括可購自 BASF Corporation，Houston，Texas的 Liquiment'514L和5581F分散劑。
[0057] 液體添加劑可用作水泥凝固活化劑。如上文所討論，水泥凝固活化劑還可加速延 遲凝固和/或緩凝水泥的凝固。加速延遲凝固和/或緩凝水泥的液體添加劑的使用取決于液 體添加劑的組合物構(gòu)成以及延遲凝固和/或緩凝水泥的組合物構(gòu)成。受益于本公開的益處， 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)能夠配制液體添加劑以便活化和/或加速延遲凝固和/或緩凝水 泥組合物。
[0058] 水泥凝固活化劑可以足以誘導(dǎo)延遲凝固和/或緩凝水泥組合物凝固成硬化塊的量 加入延遲凝固的水泥組合物的實(shí)施方案中。在某些實(shí)施方案中，水泥凝固活化劑可以在水 泥的約〇. 1重量％至約20重量％范圍內(nèi)的量加入延遲凝固和/或緩凝水泥組合物中。在具體 實(shí)施方案中，水泥凝固活化劑可以在水泥的約〇. 1重量％、約1重量％、約5重量％、約10重 量％、約15重量％或約20重量％的任何量之間的范圍內(nèi)和/或包括任何量的量存在。受益于 本公開的益處的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會認(rèn)識到針對選定應(yīng)用來包括的水泥凝固活化 劑的適當(dāng)量。
[0059] 如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解的，水泥組合物的實(shí)施方案可用在多種注水泥操 作中，諸如地面注水泥操作（例如，施工）和地下注水泥操作（例如，初次注水泥和補(bǔ)注水 泥）。作為實(shí)例，在一些實(shí)施方案中，可提供包含水、浮石、水合石灰、凝固緩凝劑和任選地分 散劑的水泥組合物。鈍化水泥速凝劑可被加入水泥組合物中。接著可使包含鈍化水泥速凝 劑的水泥組合物凝固。在一些實(shí)施方案中，水泥組合物可被引入地下地層中并且在所述地 下地層中使之凝固。如在本文所使用，將水泥組合物引入地下地層中包括引入地下地層的 任何部分中，包括但不限于引入鉆入地下地層中的井筒中，引入圍繞井筒的附近井筒區(qū)域 中或引入上述兩者中。
[0060] 在一些實(shí)施方案中，可提供包含水、浮石、水合石灰、凝固緩凝劑和任選地分散劑 的水泥組合物。水泥組合物可被存儲在例如器皿或其他適合的容器中?？稍试S水泥組合物 在所需時(shí)間段內(nèi)保持存儲。例如，水泥組合物可在約1天或更長的時(shí)間段內(nèi)保持存儲。例如， 水泥組合物可在約1天、約2天、約5天、約7天、約10天、約20天、約30天、約40天、約50天、約60 天或更長的時(shí)間段內(nèi)保持存儲。在一些實(shí)施方案中，水泥組合物可在約1天至約7天或更長 范圍內(nèi)的時(shí)間段內(nèi)保持存儲。然后，水泥組合物可通過例如水泥凝固活化劑的添加來活化， 所述水泥凝固活化劑可以是鈍化水泥速凝劑的組分或與鈍化水泥速凝劑結(jié)合添加。水泥組 合物可接著被引入地下地層中，并且在所述地下地層中使之凝固。
[0061] 在初次注水泥實(shí)施方案中，例如，水泥組合物的實(shí)施方案可被引入到位于井筒中 的管道與井筒的壁(和/或井筒中的較大管道)之間的環(huán)狀空間中，其中所述井筒穿透地下 地層?？墒顾嘟M合物在環(huán)狀空間中凝固以便形成硬化水泥的環(huán)狀護(hù)套。水泥組合物可形 成防止流體在井筒中迀移的屏障。水泥組合物還可以例如將管道支撐在井筒中。
[0062] 在補(bǔ)注水泥實(shí)施方案中，水泥組合物可用在例如擠壓注水泥操作中或替代水泥 塞。例如，水泥組合物可被放置在井筒中以便堵塞地層中、填礫(gravel pack)中、管道中、 水泥護(hù)套中和/或水泥護(hù)套與管道之間（例如，微環(huán)帶）的開口（例如，空隙或裂紋）。
[0063] 實(shí)施方案可包括注水泥的方法，所述方法包括:提供包含水泥、水和鈍化水泥速凝 劑的水泥組合物；以及使所述水泥組合物凝固。
[0064] 實(shí)施方案可包括水泥組合物，所述水泥組合物包按:鈍化水泥速凝劑、水和水泥。
[0065] 實(shí)施方案可包括用于在井筒中注水泥的鈍化注水泥系統(tǒng)，所述鈍化注水泥系統(tǒng)包 括:鈍化水泥速凝劑、包含水泥和水的水泥組合物、能夠?qū)⑩g化水泥速凝劑與水泥組合物混 合的混合設(shè)備，以及用于將混合的鈍化水泥速凝劑和水泥組合物輸送到井筒的栗送設(shè)備。
[0066] 現(xiàn)在參考圖1，現(xiàn)在將描述根據(jù)示例性實(shí)施方案的水泥組合物(可以是延遲凝固或 非延遲凝固的水泥組合物）的制備。圖1示出根據(jù)某些實(shí)施方案的用于水泥組合物的制備并 向井筒輸送的系統(tǒng)2。如圖所示，水泥組合物可在混合設(shè)備4(例如像噴射混合器、再循環(huán)混 合器或分批混合器）中混合，并且接著通過栗送設(shè)備6栗送到井筒。在一些實(shí)施方案中，如本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會明白的，混合設(shè)備4和栗送設(shè)備6可被設(shè)置在一輛或多輛水泥卡車 上。在一些實(shí)施方案中，噴射混合器可用來例如隨著石灰/可凝固材料與水被栗送到井筒連 續(xù)地將所述石灰/可凝固材料與水混合。在延遲凝固實(shí)施方案中，再循環(huán)混合器和/或分批 混合器可用來混合延遲凝固的水泥組合物，并且鈍化水泥速凝劑可在將水泥組合物向井下 栗送之前作為液體或粉末加入混合器中。鈍化水泥速凝劑可包含活化劑。替代地，活化劑可 在鈍化水泥速凝劑之前、之后或與其同時(shí)加入再循環(huán)混合器和/或分批混合器。
[0067] 現(xiàn)在將參考圖2和圖3描述用于將水泥組合物放置到地下地層中的示例性技術(shù)。圖 2示出根據(jù)某些實(shí)施方案的可用于水泥組合物的放置中的地面設(shè)備10。應(yīng)注意，盡管圖2大 體上示出陸上操作，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易認(rèn)識到，在不脫離本公開的范圍的情況 下，本文描述的原理可同等地適用于水下操作，所述水下操作采用浮動或海上平臺和鉆機(jī)。 如由圖2所示，地面設(shè)備10可包括注水泥單元12,所述注水泥單元12可包括一輛或多輛水泥 卡車。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將明白的，注水泥單元12可包括混合設(shè)備4和栗送設(shè)備6(例 如，圖1)。注水泥單元12可栗送水泥組合物14通過進(jìn)料管16并且到達(dá)注水泥頭18,所述注水 泥頭18將水泥組合物14向井下運(yùn)送。
[0068] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖2,根據(jù)示例性實(shí)施方案，延遲凝固或非延遲凝固的水泥組合物14可被 放置到地下地層20中。如圖所示，可將井筒22鉆入地下地層20中。盡管井筒22被示出為大體 上垂直地延伸到地下地層20中，但是本文描述的原理還適用于以一個(gè)角度延伸通過地下地 層20的井筒，諸如水平或傾斜井筒。如圖所示，井筒22包括壁24。在所示出的實(shí)施方案中，地 面套管26已被插入井筒22中。地面套管26可由水泥護(hù)套28用水泥固定到井筒22的壁24。在 所示出的實(shí)施方案中，這里被示出為套管30的一個(gè)或多個(gè)另外的管道(例如，中間套管、生 產(chǎn)套管、襯管等)還可被設(shè)置在井筒22中。如圖所示，存在形成于套管30與井筒22的壁24和/ 或地面套管26之間的井筒環(huán)帶32。一個(gè)或多個(gè)定心器34可被附接到套管30例如以便在注水 泥操作之前和期間使套管30位于井筒22的中心。
[0069] 繼續(xù)參考圖3，可沿套管30的內(nèi)部向下栗送水泥組合物14?？墒顾嘟M合物14沿套 管30的內(nèi)部向下流動通過位于套管30的底部處的套管鞋42,并且圍繞套管30向上流動到井 筒環(huán)帶32中。可使水泥組合物14在井筒環(huán)帶32中凝固例如以便形成將套管30支撐并定位在 井筒22中的水泥護(hù)套。盡管未示出，但是其他技術(shù)也可用于火山灰水泥組合物14的引入。例 如，可使用反向循環(huán)技術(shù)，所述反向循環(huán)技術(shù)包括借助于井筒環(huán)帶32而不是通過套管30來 將水泥組合物14引入地下地層20中。
[0070] 在引入水泥組合物14時(shí)，所述水泥組合物可使其他流體36位移，所述其他流體諸 如可存在于套管30和/或井筒環(huán)帶32的內(nèi)部中的鉆井液和/或隔離液。位移流體36的至少一 部分可通過流動管線38退出井筒環(huán)帶32并且沉積在例如一個(gè)或多個(gè)保持坑40(例如，泥坑） 中，如在圖2中示出。再次參考圖3,底部塞44可在水泥組合物14之前引入井筒22中，例如，以 便使水泥組合物14與可在注水泥之前位于套管30內(nèi)部的流體36分離。在底部塞44到達(dá)碰壓 箍46之后，隔膜或其他適合的裝置應(yīng)破裂以便允許火山灰水泥組合物14通過底部塞44。在 圖3中，底部塞44被示出為處于碰壓箍46上。在所示出的實(shí)施方案中，頂部塞48可在水泥組 合物14之后引入井筒22中。頂部塞48可將水泥組合物14與位移流體50分離并且還推動水泥 組合物14通過底部塞44。
[0071] 本文公開的示例性水泥組合物可直接或間接影響與所公開水泥組合物的制備、輸 送、取回（recapture)、再循環(huán)、重復(fù)使用和/或處置相關(guān)聯(lián)的一種或多種組分或設(shè)備零件。 例如，所公開的水泥組合物可直接或間接影響用來產(chǎn)生、存儲、監(jiān)測、調(diào)節(jié)和/或再調(diào)示例性 水泥組合物的一個(gè)或多個(gè)混合器、相關(guān)混合設(shè)備、泥坑、存儲設(shè)施或單元、組合物分離器、換 熱器、傳感器、計(jì)量器具、栗、壓縮機(jī)等等。所公開的水泥組合物還可直接或間接影響用來將 水泥組合物運(yùn)送到井場或井下的運(yùn)輸或輸送設(shè)備，例如像用來在組成上將水泥組合物從一 個(gè)位置移動到另一位置的任何運(yùn)輸器皿、管道、管路、卡車、管式器具和/或管件，用來驅(qū)動 水泥組合物運(yùn)動的任何栗、壓縮機(jī)或馬達(dá)(例如位于頂側(cè)或井下），用來調(diào)節(jié)水泥組合物的 壓力或流率的任何閥門或相關(guān)接頭，以及任何傳感器（即，壓力傳感器和溫度傳感器）、計(jì)量 器具和/或其組合等等。所公開的水泥組合物還可直接或間接影響可與水泥組合物發(fā)生接 觸的各種井下設(shè)備和工具，諸如但不限于井筒套管、井筒襯管、完井管柱、插入管柱、鉆柱、 連續(xù)油管、平直管線（slickline)、鋼絲、鉆桿、鉆鋌、泥漿馬達(dá)、井下馬達(dá)和/或栗、水泥栗、 地面安裝馬達(dá)和/或栗、定心器、渦流器(turbolizer)、刮泥器、浮體(例如，浮靴、浮箍、浮閥 等）、測井工具以及相關(guān)遙測設(shè)備、致動器(例如，機(jī)電裝置、液力學(xué)裝置等）、滑動套筒、生產(chǎn) 套筒、塞子、篩、過濾器、流量控制裝置(例如，流入控制裝置、自動流入控制裝置、流出控制 裝置等）、聯(lián)軸器(例如，電動液壓濕連接件、干連接件、電感耦合器）、控制線路(例如，電線、 光纖線路、液壓線路等）、監(jiān)視線路、鉆頭和擴(kuò)孔器、傳感器或分布式傳感器、井下?lián)Q熱器、閥 門和對應(yīng)的致動裝置、工具密封件、封隔器(packer)、水泥塞、橋式塞以及其他井筒隔離裝 置或部件等等。
[0072] 為了便于更好地理解本發(fā)明的實(shí)施方案，給出一些實(shí)施方案的特定方面的以下實(shí) 施例。以下實(shí)施例決不應(yīng)解讀成是限制或限定實(shí)施方案的全部范圍。 實(shí)施例
[0073] 實(shí)施例1
[0074] 以下實(shí)施例描述包含以下組分的鈍化水泥速凝劑和水泥凝固活化劑組合物：
[0075] 表 2
[0076] 鈍化水泥速凝劑和水泥凝固活化劑組合物構(gòu)成
[0079]鈍化水泥速凝劑通過將30.0克Η級波特蘭水泥加入75.0克水中來制備。使混合物 反應(yīng)5小時(shí)并且攪拌使得水泥顆粒充分分離并不能形成硬化塊。向此混合物中加入56.5克 CaCl2并且攪拌到混合物中，同時(shí)在冰浴中冷卻混合物以便減輕由將CaCl2加入水導(dǎo)致的發(fā) 熱釋放。為了證實(shí)混合物將保持在可栗送流體狀態(tài)并且將不凝固成硬化塊，將混合物放置 在工作臺頂部上的密封容器中并且每天一次進(jìn)行視覺檢查。10天以后，混合物仍處于可栗 送流體狀態(tài)中。
[0080] 接著將包含水泥凝固活化劑的鈍化水泥速凝劑加入包含以下組分的延遲凝固的 水泥組合物中：
[0081] 表 3
[0082]延遲凝固的水泥組合物構(gòu)成
[0084] * % bwoC =水泥重量，對于這個(gè)系統(tǒng)來說，水泥為浮石。
[0085] 組合物具有13 · 2鎊每加侖的密度。加重劑是可購自Halliburton Energy Services, Inc.，Houston，TX的Micromax^FF重量添加劑。水泥緩凝劑是可購自 Halliburton Energy Services, Inc.，Houston，TX的Micr〇Matrix!?水泥緩凝劑。水泥輔緩 凝劑是可購自Halliburton Energy Services, Inc.，Houston，TX的 HR、_5水泥緩凝劑。分 散劑是可購自BASF，F(xiàn)lorham Park，New Jersey的Liquiment 5581F分散劑。增粘劑是可購 自Halliburton Energy Services, Inc.，Houston，TX的SA-1015?懸浮劑。在制備水泥組合 物之后，水泥組合物的實(shí)驗(yàn)樣本與鈍化水泥速凝劑和水泥凝固活化劑組合物混合。此外，水 泥組合物的對照樣本僅與水泥凝固活化劑混合。在混合之后，根據(jù)以下參數(shù)在大氣壓調(diào)節(jié) 器中進(jìn)一步調(diào)節(jié)兩種水泥組合物樣本:在183°F下70分鐘，接著在151°F下60分鐘。接著將樣 本傾注到1"乘2"黃銅圓筒中并且在160°F和3000psi下在高壓釜中固化24小時(shí)。在固化樣本 之后，根據(jù)在API RP Practice 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements中闡述的程序，通過使用機(jī)械壓機(jī)以壓碎樣本來測量破壞性抗壓強(qiáng)度。結(jié)果在以下 表4中呈現(xiàn)。
[0086]表 4
[0087]抗壓強(qiáng)度測量
[0089] *水泥的重量％，對于這個(gè)系統(tǒng)來說，水泥為浮石。
[0090] 結(jié)果為三次實(shí)驗(yàn)的平均值。結(jié)果顯示：添加鈍化水泥速凝劑比單獨(dú)添加水泥凝固 活化劑使24小時(shí)抗壓強(qiáng)度增加得更多。
[0091] 實(shí)施例2
[0092] 以下實(shí)施例描述包含以下組分的鈍化水泥速凝劑和水泥凝固活化劑組合物：
[0093] 表 5
[0094] 鈍化水泥速凝劑和水泥凝固活化劑組合物構(gòu)成
[0096]鈍化水泥速凝劑通過將30.0克的磨粉粒狀高爐渣加入75.0克水中來制備。使混合 物反應(yīng)5小時(shí)并且攪拌使得水泥顆粒充分分離并不能形成硬化塊。向此混合物中加入56.5 克CaCl2并且攪拌到混合物中，同時(shí)在冰浴中冷卻混合物以便減輕由將CaCl2加入水導(dǎo)致的 發(fā)熱釋放。為了證實(shí)混合物將保持在可栗送流體狀態(tài)并且將不凝固成硬化塊，將混合物放 置在工作臺頂部上的密封容器中并且每天一次進(jìn)行視覺檢查。2天以后，混合物仍處于可栗 送流體狀態(tài)中。
[0097] 接著將包含水泥凝固活化劑的鈍化水泥速凝劑加入包含以下組分的延遲凝固的 水泥組合物中：
[0098] 表 6
[0099]延遲凝固的水泥組合物構(gòu)成

[0101 ] * % bw〇C =水泥重量，對于這個(gè)系統(tǒng)來說，水泥為浮石。
[0102] 組合物具有13.2鎊每加侖（ppg)的密度。加重劑是可購自Halliburton Energy SerVices，Inc.，Houston，TX的Micromax^FF重量添加劑。水泥緩凝劑是可購自 Halliburton Energy Services,Inc.，Houston，TX的MicroMatrix?水泥緩凝劑。水泥輔緩 凝劑是可購自Halliburton Energy Services,Inc.，Houston，TX的 HR/ -5水泥緩凝劑。分 散劑是可購自BASF，F(xiàn)lorham Park，New Jersey的Liquiment 5581F分散劑。增粘劑是可購 自Halliburton Energy Services, Inc.，Houston，TX的SA-1015?懸浮劑。在制備水泥組合 物之后，水泥組合物的實(shí)驗(yàn)樣本與鈍化水泥速凝劑和水泥凝固活化劑組合物混合。此外，水 泥組合物的對照樣本僅與水泥凝固活化劑混合。在混合之后，根據(jù)以下參數(shù)在大氣壓調(diào)節(jié) 器中進(jìn)一步調(diào)節(jié)兩種水泥組合物樣本:在183°F下70分鐘，接著在151°F下60分鐘。接著將樣 本傾注到1"乘2"黃銅圓筒中并且在160°F和3000psi下在高壓釜中固化24小時(shí)。在固化樣本 之后，根據(jù)在API RP Practice 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements中闡述的程序，通過使用機(jī)械壓機(jī)以壓碎樣本來測量破壞性抗壓強(qiáng)度。結(jié)果在以下 表7中呈現(xiàn)。
[0103] 表7
[0104] 抗壓強(qiáng)度測量
[0106] *膠結(jié)材料的重量％，對于這個(gè)系統(tǒng)來說，水泥為浮石。
[0107] 結(jié)果為三次實(shí)驗(yàn)的平均值。結(jié)果顯示：用作水泥速凝劑的鈍化礦渣比單獨(dú)添加水 泥凝固活化劑使24小時(shí)抗壓強(qiáng)度增加得更多。
[0108] 實(shí)施例3
[0109] 以下實(shí)施例描述包含以下組分的鈍化水泥速凝劑和水泥凝固活化劑組合物：
[0110] 表8
[0111] 鈍化水泥速凝劑和水泥凝固活化劑組合物構(gòu)成
[0113]鈍化水泥速凝劑通過將30.0克Η級波特蘭水泥加入75.0克水和0.03克增粘劑中來 制備，所述增粘劑是可購自Halliburton Energy Services, Inc.，Houston，TX 的 SA-1015? 懸浮劑。使混合物反應(yīng)5小時(shí)并且攪拌使得水泥顆粒充分分離并不能形成硬化塊。向此混合 物加入56.5克CaCl2中并且攪拌到混合物中，同時(shí)在冰浴中冷卻混合物以便減輕由將CaCl 2 加入水導(dǎo)致的發(fā)熱釋放。
[0114] 接著將包含水泥凝固活化劑的鈍化水泥速凝劑加入包含以下組分的三種不同的Η 級波特蘭水泥組合物中：
[0115] 表9
[0116] 水泥組合物組成
[0118] *水泥的重量％，對于這個(gè)系統(tǒng)來說，水泥為Η級波特蘭水泥。
[0119]每個(gè)樣本具有16.5鎊每加侖的密度。水泥緩凝劑是可購自Halliburton Energy Services，Inc.，H〇ust〇n，TX的HR'K -5水泥緩凝劑。在每種水泥組合物的制備之后，將每種 組合物分成實(shí)驗(yàn)樣本和對照樣本。水泥組合物的實(shí)驗(yàn)樣本與鈍化水泥速凝劑和水泥凝固活 化劑組合物混合。水泥組合物的對照樣本僅與水泥凝固活化劑混合。在混合之后，接著將水 泥組合物樣本傾注到2"乘4"黃銅圓筒中并且在80 °F下在水浴中固化24小時(shí)。在固化樣本之 后，根據(jù)在API RP Practice 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements 中闡述的程序，通過使用機(jī)械壓機(jī)以壓碎樣本來測量破壞性抗壓強(qiáng)度。結(jié)果在以下表10中 呈現(xiàn)。
[0120] 表10
[0121] 抗壓強(qiáng)度測量
[0123] *水泥的重量％，對于這個(gè)系統(tǒng)來說，水泥為Η級波特蘭水泥;**DNS =未凝固。
[0124] 結(jié)果為三次實(shí)驗(yàn)的平均值。結(jié)果顯示：添加鈍化水泥速凝劑比單獨(dú)添加水泥凝固 活化劑使24小時(shí)抗壓強(qiáng)度增加得更多。
[0125] 實(shí)施例4
[0126] 以下實(shí)施例描述包含以下組分的鈍化水泥速凝劑組合物：
[0127] 表11
[0128]鈍化水泥速凝劑組合物構(gòu)成
[0130] 鈍化水泥速凝劑通過將300.0克Η級波特蘭水泥加入750.0克水和10.6克增粘劑中 來制備，所述增粘劑是可購自Halliburton Energy Services, Inc.，Houston，TX的SA-1015?懸浮劑。使混合物反應(yīng)5小時(shí)并且攪拌使得水泥顆粒充分分離并且不能形成硬化塊。 接著將鈍化水泥速凝劑加入緩凝鋁酸鈣磷酸鹽水泥中：
[0131] 表12
[0132] 水泥組合物構(gòu)成
[0134] *水泥的重量％，對于這個(gè)系統(tǒng)來說，水泥為鋁酸鈣磷酸鹽水泥。
[0135] 水泥緩凝劑是可購自Halliburton Energy Services，Inc ·，Houston，TX的FE-2? 水泥緩凝劑。輔緩凝劑是有機(jī)酸。在組合物的制備之后，將1123克水泥組合物加入39.7克鈍 化水泥速凝劑中。隨后在瓦氏高速搗碎器(Warring Blender)中以4000rpm將混合物攪拌1 分鐘。
[0136] 根據(jù)在API RP Practice 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements中闡述的程序，使用35A型范氏粘度計(jì)和帶有范氏屈服應(yīng)力適配器(FYSA)的二號彈 簧測量樣本的流變特性。結(jié)果在以下表13中呈現(xiàn)。
[0137] 表13
[0138] 流變測量值
[0141]將波特蘭水泥引入鋁酸鈣磷酸鹽水泥中可導(dǎo)致膠凝作用和/或瞬時(shí)凝固。然而，結(jié) 果顯示:鈍化波特蘭水泥的引入不會在混合后立即或在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)導(dǎo)致膠凝作用和/或瞬 時(shí)凝固。
[0142] 接著將組合物分成實(shí)驗(yàn)樣本和對照樣本。水泥組合物的實(shí)驗(yàn)樣本與鈍化水泥速凝 劑混合。水泥組合物的對照樣本不與鈍化水泥速凝劑混合。接著將水泥組合物樣本傾注到 Γ乘2"黃銅圓筒中并且在室溫下固化72小時(shí)。在固化樣本之后，根據(jù)在API RP Practice 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements中闡述的程序，通過使用機(jī)械 壓機(jī)以壓碎樣本來測量破壞性抗壓強(qiáng)度。結(jié)果在以下表14中呈現(xiàn)。
[0143] 表14
[0144] 抗壓強(qiáng)度測量值
[0146] *水泥的重量％，對于這個(gè)系統(tǒng)來說，水泥為鋁酸鈣磷酸鹽水泥;**DNS =未凝固。
[0147] 結(jié)果為三次實(shí)驗(yàn)的平均值。結(jié)果顯示：添加鈍化水泥速凝劑甚至在不存在水泥凝 固活化劑的情況下增加72小時(shí)抗壓強(qiáng)度。
[0148] 實(shí)施例5
[0149] 以下實(shí)施例描述包含以下組分的鈍化水泥速凝劑組合物：
[0150] 表15
[0151 ]鈍化水泥速凝劑和水泥凝固活化劑組合物構(gòu)成
[0153] 鈍化水泥速凝劑通過將300.0克Η級波特蘭水泥加入750.0克水和10.6克增粘劑中 來制備，所述增粘劑是可購自Halliburton Energy Services, Inc.，Houston，TX的SA-1015?懸浮劑。使混合物反應(yīng)5小時(shí)并且攪拌使得水泥顆粒充分分離并不能形成硬化塊。接 著將鈍化水泥速凝劑加入未緩凝的鋁酸鈣磷酸鹽水泥中：
[0154] 表16
[0155] 水泥組合物構(gòu)成
[0157] *水泥的重量％，對于這個(gè)系統(tǒng)來說，水泥為鋁酸媽磷酸鹽水泥。
[0158] 在組合物的制備之后，將861克水泥組合物加入30.4克鈍化水泥速凝劑中。隨后在 瓦氏高速搗碎器中以4000rpm將混合物攪拌1分鐘。
[0159] 根據(jù)在API RP Practice 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements中闡述的程序，使用35A型范氏粘度計(jì)和帶有范氏屈服應(yīng)力適配器(FYSA)的二號彈 簧測量樣本的流變特性。結(jié)果在以下表17中呈現(xiàn)。
[0160] 表 17
[0161] 流變測量
[0163] 鈍化水泥速凝劑不會導(dǎo)致膠凝作用或瞬時(shí)凝固?；旌衔锉葘?shí)施例4中的緩凝水泥 組合物更具粘性，而組合物仍為流體并且流變性測量值甚至在一個(gè)小時(shí)之后很大程度上無 變化。
[0164] 接著將組合物分成實(shí)驗(yàn)樣本和對照樣本。水泥組合物的實(shí)驗(yàn)樣本與鈍化水泥速凝 劑混合。水泥組合物的對照樣本不與鈍化水泥速凝劑混合。接著將水泥組合物樣本傾注到 Γ乘2"黃銅圓筒中并且在140°F下在水浴中固化24小時(shí)。在固化樣本之后，根據(jù)在API RP Practice 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements中闡述的程序，通過 使用機(jī)械壓機(jī)以壓碎樣本來測量破壞性抗壓強(qiáng)度。結(jié)果在以下表18中呈現(xiàn)。
[0165] 表18
[0166] 抗壓強(qiáng)度測量值
[0168] *水泥的重量％，對于這個(gè)系統(tǒng)來說，水泥為鋁酸鈣磷酸鹽水泥;**DNS =未凝固。
[0169] 結(jié)果為三次實(shí)驗(yàn)的平均值。結(jié)果顯示：添加鈍化水泥速凝劑甚至在不存在水泥凝 固活化劑的情況下增加24小時(shí)抗壓強(qiáng)度。
[0170] 實(shí)施例6
[0171]為展示鈍化水泥速凝劑中的膠結(jié)材料的顆粒已不能鈍化，執(zhí)行以下實(shí)驗(yàn)。制備包 含以下組分的鈍化水泥速凝劑組合物：
[0172] 表 19
[0173] 鈍化水泥速凝劑組合物構(gòu)成
[0175] 鈍化水泥速凝劑通過將300.0克Η級波特蘭水泥加入750.0克水和10.6克增粘劑中 來制備，所述增粘劑是可購自Halliburton Energy Services, Inc.，Houston，TX的SA-1015?懸浮劑。使混合物反應(yīng)5小時(shí)并且攪拌使得水泥顆粒充分分離并不能形成硬化塊。
[0176] 在制備之后，使樣本老化5小時(shí)并且接著進(jìn)行視覺檢查。觀察到樣本為可流動并且 可栗送的。接著根據(jù)在API RP Practice 10B-2,Recommended Practice for Testing Well Cements中闡述的程序，使用35A型范氏粘度計(jì)和帶有范氏屈服應(yīng)力適配器(FYSA)的 二號彈簧測量樣本的流變特性。結(jié)果在以下表20中呈現(xiàn)。
[0177] 表20
[0178] 用于鈍化水泥速凝劑的5小時(shí)流變性測量值
[0181 ] *VAViQQri?=在lOOrpm下的體積平均粘度，以厘泊為單位。
[0182] 接著使?jié){液在間歇(一周少于3次)攪動（即攪拌)下老化127天。在此之后，視覺檢 查漿液并且觀察到所述漿液仍為可流動并且可栗送的。使用與上文所述相同的方案和參數(shù) 再次測定流變性測量值。結(jié)果在以下表21中呈現(xiàn)。
[0183] 表21
[0184] 用于鈍化水泥速凝劑的127天流變性測量值
[0186] *VAVio〇rpm=在lOOrprn下的體積平均粘度，以厘泊為單位。
[0187] 盡管127天后粘度有輕微增加，但是樣本不會凝固成硬化塊并且已觀察到成功鈍 化。
[0188] 應(yīng)當(dāng)理解，組合物和方法是就"包含"、"含有"或"包括"各種組分或步驟而言來描 述，但是組合物和方法還可"基本上由各種組分和步驟組成"或"由各種組分和步驟組成"。 此外，如權(quán)利要求書中所用的不定冠詞"一個(gè)/種(a/an)"在本文中定義為意指引入的一個(gè) 或一個(gè)以上的要素。
[0189] 為簡潔起見，本文僅明確公開某些范圍。然而，從任何下限起的范圍可與任何上限 結(jié)合來列舉未明確列舉的范圍，并且從任何下限起的范圍可與任何其他下限結(jié)合來列舉未 明確列舉的范圍，以相同的方式，從任何上限起的范圍可與任何其他上限結(jié)合來列舉未明 確列舉的范圍。此外，每當(dāng)公開具有下限和上限的數(shù)字范圍時(shí)，就明確公開了落在范圍內(nèi)的 任何數(shù)字和任何所包括的范圍。具體地說，本文公開的值的每個(gè)范圍（形式為"約a至約b"， 或等效地"大致a至b"，或等效地"大致a-b"）應(yīng)理解為闡述涵蓋在值的較寬范圍內(nèi)的每個(gè)數(shù) 字和范圍，即使未明確列舉也是如此。因此，每個(gè)點(diǎn)或單個(gè)值可用作其自身的下限或上限來 與任何其他點(diǎn)或單個(gè)值或者任何其他下限或上限結(jié)合，以便列舉未明確列舉的范圍。
[0190]因此，本發(fā)明的實(shí)施方案非常適于達(dá)到所提到的目標(biāo)和優(yōu)勢以及本文固有的那些 目標(biāo)和優(yōu)勢。上文所公開的特定實(shí)施方案僅僅是說明性的，因?yàn)楸景l(fā)明的實(shí)施方案可以對 受益于本文教義的本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說明顯的不同但等效的方式進(jìn)行修改和實(shí)踐。盡管 討論了個(gè)別實(shí)施方案，但是本公開預(yù)期并涵蓋每個(gè)實(shí)施方案的所有組合。此外，并不意圖對 本文示出的構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)存在限制，而所附權(quán)利要求書中描述的除外。另外，除非專利 權(quán)人另外明確并清楚地定義，否則權(quán)利要求書中的術(shù)語具有其平常、普通的含義。因此，明 顯的是，上文公開的特定說明性實(shí)施方案可加以改變或修改，并且所有這些變化都視為處 于本公開的范圍和精神內(nèi)。如果在本說明書與可以引用方式并入本文的一個(gè)或多個(gè)專利或 其他文件中的措詞或術(shù)語的使用上存在任何沖突，那么應(yīng)采用與本說明書一致的定義。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種注水泥方法，其包括： 提供包含水泥、水和鈍化水泥速凝劑的水泥組合物；以及 使所述水泥組合物凝固。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水泥組合物還包含至少一種凝固緩凝劑，所述 凝固緩凝劑選自由以下各項(xiàng)組成的組:膦酸、膦酸衍生物、木質(zhì)素磺酸鹽、鹽、有機(jī)酸、羧甲 基化羥乙基化纖維素、包含磺酸酯基和羧酸基的合成共聚物或三元聚合物、硼酸鹽化合物 和其任何混合物。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的方法，其中所述水泥組合物還包括至少一種水泥 凝固活化劑，所述水泥凝固活化劑選自由以下各項(xiàng)組成的組:氯化鈣、三乙醇胺、硅酸鈉、甲 酸鋅、乙酸媽、氫氧化鈉、硫酸鈉、納米二氧化娃、六偏磷酸鈉和其任何組合。4. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述水泥組合物還包括至少一種分散劑， 所述分散劑選自由以下各項(xiàng)組成的組:基于磺化甲醛的分散劑、聚羧酸醚分散劑和其任何 組合。5. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述鈍化水泥速凝劑選自由以下各項(xiàng)組成 的組:鈍化波特蘭水泥、鈍化火山灰水泥、鈍化石膏水泥、鈍化高鋁含量水泥、鈍化二氧化娃 水泥、鈍化礦渣水泥、其任何組合。6. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述水泥選自由以下各項(xiàng)組成的組:波特 蘭水泥、火山灰水泥、石膏水泥、高鋁含量水泥、二氧化娃水泥、礦渣水泥和其任何組合。7. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述鈍化水泥速凝劑以液體添加劑形式提 供，所述液體添加劑還包含增粘劑。8. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述鈍化水泥速凝劑包含鈍化波特蘭水 泥，其中所述水泥包含浮石，并且其中所述水泥組合物還包含水合石灰、木質(zhì)素磺酸鹽和氯 化鈣。9. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其還包括通過將鈍化水泥速凝劑與至少所述水 泥和所述水混合來制備所述水泥組合物。10. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其還包括通過包括以下的工藝來制備所述鈍 化水泥速凝劑:將膠結(jié)材料與水混合并且攪動所述膠結(jié)材料和水的所述混合物使得在所述 膠結(jié)材料的至少一部分上形成鈍化層。11. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其還包括將所述水泥組合物引入地下底層中， 其中所述水泥組合物在所述地下底層中凝固。12. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中所述水泥組合物用于初次注水泥操作中。13. -種水泥組合物，其包含： 鈍化水泥速凝劑， 水，以及 水泥。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的組合物，其還包含至少一種凝固緩凝劑，所述凝固緩凝劑選 自由以下各項(xiàng)組成的組:膦酸、膦酸衍生物、木質(zhì)素磺酸鹽、鹽、有機(jī)酸、羧甲基化羥乙基化 纖維素、包含磺酸酯基和羧酸基的合成共聚物或三元聚合物、硼酸鹽化合物和其任何混合 物。15. 根據(jù)權(quán)利要求13或權(quán)利要求14所述的組合物，其還包含至少一種水泥凝固活化劑， 所述水泥凝固活化劑選自由以下各項(xiàng)組成的組：氯化鈣、三乙醇胺、硅酸鈉、甲酸鋅、乙酸 鈣、氫氧化鈉、硫酸鈉、納米二氧化硅、六偏磷酸鈉和其任何組合16. 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的組合物，其還包含至少一種分散劑，所述分散 劑選自由以下各項(xiàng)組成的組:基于磺化甲醛的分散劑、聚羧酸醚分散劑和其任何組合。17. 根據(jù)權(quán)利要求13至16中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述鈍化水泥速凝劑選自由以 下各項(xiàng)組成的組:鈍化波特蘭水泥、鈍化火山灰水泥、鈍化石膏水泥、鈍化高鋁含量水泥、鈍 化二氧化娃水泥、鈍化礦渣水泥、其任何組合。18. 根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述水泥選自由以下各項(xiàng)組成 的組:波特蘭水泥、火山灰水泥、石膏水泥、高鋁含量水泥、二氧化娃水泥、礦渣水泥和其任 何組合。19. 根據(jù)權(quán)利要求13至18中任一項(xiàng)所述的組合物，其中所述鈍化水泥速凝劑包含鈍化 波特蘭水泥，其中所述水泥包含浮石，并且其中所述水泥組合物還包含水合石灰、木質(zhì)素磺 酸鹽和氯化鈣。20. -種用于在井筒中注水泥的鈍化注水泥系統(tǒng)，其包括： 鈍化水泥速凝劑， 包含水泥和水的水泥組合物， 能夠使所述鈍化水泥速凝劑和所述水泥組合物混合的混合設(shè)備，以及 用于將所述混合的鈍化水泥速凝劑和所述水泥組合物輸送到井筒的栗送設(shè)備。21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的系統(tǒng)，其中所述水泥組合物還包含至少一種凝固緩凝劑，所 述凝固緩凝劑選自由以下各項(xiàng)組成的組:膦酸、膦酸衍生物、木質(zhì)素磺酸鹽、鹽、有機(jī)酸、羧 甲基化羥乙基化纖維素、包含磺酸酯基和羧酸基的合成共聚物或三元聚合物、硼酸鹽化合 物和其任何混合物。22. 根據(jù)權(quán)利要求20或權(quán)利要求21所述中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述鈍化水泥速凝 劑以液體添加劑形式存在，所述液體添加劑還包含至少一種水泥凝固活化劑，所述水泥凝 固活化劑選自由以下各項(xiàng)組成的組:氯化鈣、三乙醇胺、硅酸鈉、甲酸鋅、乙酸鈣、氫氧化鈉、 硫酸鈉、納米二氧化硅、六偏磷酸鈉和其任何組合。23. 根據(jù)權(quán)利要求20至22中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括權(quán)利要求16至權(quán) 利要求19中任一項(xiàng)定義的特征中的一個(gè)或多個(gè)。
【文檔編號】C09K8/467GK105980515SQ201480066884
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年2月27日
【發(fā)明人】T·J·皮斯克拉克, P·A·奧蒂埃諾, K·阿加皮烏, S·J·劉易斯
【申請人】哈里伯頓能源服務(wù)公司