并入了當(dāng)顆粒的水溶性部分在水存在下被釋放時受到活化以控制流變性的顆粒的水性膠 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用失水添加劑（fluidlossadditive)配制水性膠接組合物。更具體 地，本發(fā)明涉及用以包含一種或多種水溶性聚合物的顆粒形式的失水添加劑或防沉降劑來 配制水性膠接組合物，所述顆粒的功能被掩蔽直到顆粒的水溶性部分響應(yīng)于時間和溫度觸 發(fā)物、在水的存在下被釋放。所述組合物可用于制造油井、氣井、地?zé)峋退械募庸探Y(jié) 構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 固井（wellcementing)用于加固油井、氣井、地?zé)峋退械木Y(jié)構(gòu)。固井涉 及制備一種或多種水硬水泥、水和任選其他成分的料漿，其隨后被泵送至期望布置的地點。 例如，組合物可被泵送至井套管與周圍地理地層之間的環(huán)形腔或泵送入套管柱之下的開孔 內(nèi)。固井的目的包括防止侵蝕、提供結(jié)構(gòu)性加固還有保護井結(jié)構(gòu)，并提供層間分隔。
[0003] 水是水泥料漿的主要成分。水必須存在以使水泥凝固和固化良好。這意味著在水 泥的遞送、凝固和固化過程中需要充分地保持水與水泥的比例。但是，特別是在較高溫度 下，水可從料漿中不期望地分離出來或者以其它方式損失掉。當(dāng)水從料漿中損失進入周圍 多孔、較低壓力的土地地層時，濾液損失就成為普遍的問題。此外，沒有合適的流變性，料漿 組分也可能分離，較重質(zhì)的成分在重力作用下沉降。這同樣導(dǎo)致不良的凝固和固化。
[0004] 為了減少流體損失并提供更有利的流變性，在水性膠接組合物中納入失水添加 劑。失水添加劑也可以保護水泥料漿不出現(xiàn)沉降和分離。不幸的是，極少有失水添加劑能 在190°F以上有效的發(fā)揮作用，且在250°F以上有效發(fā)揮作用的甚至更少。但在油井應(yīng) 用中使用的膠接組合物常常面對這些范圍內(nèi)的較高溫度。另一個問題是當(dāng)大量加入添加劑 時，一些失水添加劑只在較高溫度下有效。這是棘手的，因為過量的添加劑可引起過大、過 早地粘度積累（build)，且還可造成更高的處理成本。這使得難以將粘稠的組合物泵送至遠 程井的位置。另一個問題是許多添加劑一旦被配制成膠接組合物就是活性的。但是，在許 多應(yīng)用中，如果添加劑在將組合物泵送至期望布置的地點后才起作用，將是更好的。但是， 由于井的布置地點通常是遠處的位置，因此在布置后加入添加劑是不實際的。
[0005] 因此，仍然強烈需要具有高溫功能性并且其功能性可被可控地延遲的失水添加 劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供用于改善控制水性膠接組合物在寬的溫度范圍內(nèi)的失水、水合、沉降 和分離的策略。本發(fā)明至少部分地基于用作組合物添加劑的水彌散（effusing)改性顆粒。 水彌散是指顆粒以這樣的方式包含至少一種水溶性聚合物以使得所述顆粒在水存在下彌 散以釋放所述顆粒的水稠化、水溶性部分。在許多實施方式中，彌散的部分包含至少一種包 含在水彌散顆粒中的水溶性聚合物。因此，當(dāng)顆粒的水溶性部分在水存在下釋放時，顆粒被 活化以控制流變性。通常，彌散部分的釋放速度隨著溫度的增加而增大。從實用的角度看， 顆粒的流變性改變特性被延遲了，但隨著彌散進行這種特性被漸增地實現(xiàn)了。
[0007] 先將水溶性聚合物形成為可彌散地溶解在水性介質(zhì)中的顆粒團塊可以提供顯著 的性能優(yōu)勢。首先，在供應(yīng)的顆粒形式中水溶性聚合物的流變性改變的功能至少在一定程 度上被掩蔽。因此，添加劑最初對膠接組合物的混合和布置到期望布置的地點具有最小的 影響。這允許組合物被很容易地被泵送至遠處井的位置。然后，響應(yīng)于時間延遲和溫度，顆 粒的水溶性部分從顆粒中釋放進入周圍的料漿中，在料漿中，水溶性部分用于稠化水性介 質(zhì)的功能被迅速活化。特別地，活化引起快速的粘度積累并提供保護防止失水、成分分離和 下沉。
[0008] 活化顆粒還可以顯著延遲膠接組合物的水合作用、延長作用時間。顆粒在包括例 如250°F或以上的較高溫度的寬溫度范圍內(nèi)起作用。
[0009] 顯然，添加劑功能通過釋放組分水溶性聚合物的活化是顆粒粒徑的強函數(shù)。這 是指可以選擇粒徑范圍以獲得彌散顆粒部分的彌散和相應(yīng)的溶解所需的時間和溫度觸發(fā) 物。因此，通過選擇合適尺寸的顆粒而容易地調(diào)控期望的彌散、溶解和相應(yīng)的活化分布圖 (profile)。可以使用粒徑的組合，使得活化可在多個或依次的時間和溫度下出現(xiàn)。因此， 可以使用不同的粒徑以獨立地優(yōu)化粘度和高溫性能。同樣認為所述顆?？梢员Ｗo水泥料漿 免受氣侵。
[0010] 在一個方面，本發(fā)明涉及一種制造水性膠接組合物的方法，所述方法包括以下步 驟：
[0011] (a)提供水彌散顆粒，所述水彌散顆粒以這樣的方式包含至少一種水溶性聚合物 以使得所述顆粒在水存在下彌散以釋放所述顆粒的水稠化、水溶性部分，所述部分包含所 述至少一種水溶性聚合物；以及
[0012] (b)將所述顆粒并入包含所述顆粒、無機水硬水泥、分散劑、和水性液體載體的水 性膠接組合物內(nèi)。
[0013] 在另一個方面，本發(fā)明涉及一種制造油井結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟：
[0014] (a)提供水性膠接組合物，其包含無機水硬水泥、多個顆粒、和水性液體載體，其 中，所述顆粒以這樣的方式包含至少一種水溶性聚合物以使得所述顆粒在水存在下彌散以 釋放所述顆粒的水稠化、水溶性部分，所述部分包含所述至少一種水溶性聚合物；
[0015] (b)將所述水性膠接組合物以這樣的方式布置到井結(jié)構(gòu)位置以使得所述組合物在 該位置硬化和固化，從而形成所述井結(jié)構(gòu)的一部分。
[0016] 在另一個方面，本發(fā)明涉及一種水性膠接組合物，其包含：
[0017] (a)水性液體載體；
[0018] (b)與所述液體載體混合的無機水硬水泥；以及
[0019] (c)分散在所述組合物中的多個顆粒，所述顆粒以這樣的方式包含至少一種水溶 性聚合物以使得所述顆粒在水存在下彌散以釋放所述顆粒的水稠化、水溶性部分，所述部 分包含所述至少一種水溶性聚合物。
[0020] 在另一個方面，本發(fā)明涉及一種混凝土添加劑的套件，所述套件包括：
[0021] (a)多個顆粒，所述顆粒以這樣的方式包含至少一種水溶性聚合物以使得所述顆 粒在水存在下彌散以釋放所述顆粒的水稠化、水溶性部分，所述部分包含所述至少一種水 溶性聚合物；以及
[0022] (b)將所述顆粒并入包含所述顆粒、無機水硬水泥、分散劑、和水性液體載體的水 性膠接組合物的操作指南。
【附圖說明】
[0023] 圖1為顯示樣品4的溫度、壓力和稠度隨溫度變化的稠化標(biāo)繪圖。
[0024] 圖2為顯示樣品5的溫度、壓力和稠度隨溫度變化的稠化標(biāo)繪圖。
[0025] 圖3為顯示樣品6的溫度、壓力和稠度隨溫度變化的稠化標(biāo)繪圖。
[0026] 圖4為顯示樣品7的溫度、壓力和稠度隨溫度變化的稠化標(biāo)繪圖。
【具體實施方式】
[0027] 下文描述的本發(fā)明的實施方式不旨在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制為在以下詳細說明中 公開的精確形式。所選擇并描述的實施方式的目的而是為了可有助于其他本領(lǐng)域技術(shù)人員 領(lǐng)會并理解本發(fā)明的原理和實踐。
[0028] 失水，或類似的術(shù)語，是指水隨時間從料漿中釋放或損失的任何量度。根據(jù) RecommendedPracticeforTestingWellCements,APIRecommendedPractice10B-2， 第23版（2002年），失水在250°F下測量并表示為mL/30分鐘。根據(jù)本發(fā)明，料漿在1，000 鎊力/平方英寸表壓（psig)的壓力和指明的測試溫度下測量。
[0029] 如本文使用的，自由流體（freefluid)是指隨著時間在重力分離下容易從料衆(zhòng) 中分離出來的水相。對于用于自由流體的測試，參見RecommendedPracticeforTesting WellCements,APIReco_endedPractice10B-2,第 23 版（2002 年）。簡要地，制備水泥 料漿并調(diào)適成測試溫度。然后將料漿倒入放置于保持在測試溫度下的水浴中的量筒內(nèi)。自 由流體為2小時后分離出的以體積百分比計的水的量。在190°F下測定自由流體。
[0030] 對料漿使用的塑性粘度（PV)按以下方法計算：在300RPM下的粘度計讀數(shù)（03J 與在100RPM下的粘度計讀數(shù)（0 _)的差值乘以1. 5。換言之，PV=粘度（03(KI - 01(KI)x 1.5。塑性粘度根據(jù)APIRP13B-1中概述的實踐和程序用旋轉(zhuǎn)粘度計在報告測試溫度下測 量。
[0031] 屈服點（YP)涉及水泥料漿的流動阻力。其按以下方法從塑性粘度計算：屈服點 (lb/100ft2) = 03(|(|-塑性粘度。屈服點根據(jù)APIRP13B-1中概述的實踐和程序用旋轉(zhuǎn)粘 度計在指明的測試溫度下測量。數(shù)值在80°F下測定，然后在190°F下調(diào)適20分鐘后測 定。
[0032] 按水泥重量計（bwoc)是指：可為液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)的添加劑在加入水泥組合物時 基于所述組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 水性液體載體中的2重量份的添加劑的存在量為2%bwoc。
[0033] 本發(fā)明的水性膠接組合物通常包含：水性液體載體；與液體載體混合的至少一種 無機水硬水泥；和分散在組合物中的多個顆粒，所述顆粒以這樣的方式包含至少一種水溶 性聚合物以使得所述顆粒在水存在下彌散以釋放所述顆粒的水稠化、水溶性部分，所述部 分包含所述至少一種水溶性聚合物。在一些代表性實施方式中，所述顆粒包含至少部分地 源自水溶