[发明专利]水性胶接组合物及其制造方法

说明书

本发明提供用于改善控制水性胶接组合物在宽温度和时间范围内的失水、水合、沉降、和分离的策略。本发明至少部分地基于用作所述组合物添加剂的水弥散颗粒，其中，当颗粒的水溶性部分在水存在下释放时，颗粒被活化以控制流变性。

技术领域

本发明涉及用失水添加剂(fluid loss additive)配制水性胶接组合物。更具体地，本发明涉及用以包含一种或多种水溶性聚合物的颗粒形式的失水添加剂或防沉降剂来配制水性胶接组合物，所述颗粒的功能被掩蔽直到颗粒的水溶性部分响应于时间和温度触发物、在水的存在下被释放。所述组合物可用于制造油井、气井、地热井和水井中的加固结构。

背景技术

固井(well cementing)用于加固油井、气井、地热井和水井中的井结构。固井涉及制备一种或多种水硬水泥、水和任选其他成分的料浆，其随后被泵送至期望布置的地点。例如，组合物可被泵送至井套管与周围地理地层之间的环形腔或泵送入套管柱之下的开孔内。固井的目的包括防止侵蚀、提供结构性加固还有保护井结构，并提供层间分隔。

水是水泥料浆的主要成分。水必须存在以使水泥凝固和固化良好。这意味着在水泥的递送、凝固和固化过程中需要充分地保持水与水泥的比例。但是，特别是在较高温度下，水可从料浆中不期望地分离出来或者以其它方式损失掉。当水从料浆中损失进入周围多孔、较低压力的土地地层时，滤液损失就成为普遍的问题。此外，没有合适的流变性，料浆组分也可能分离，较重质的成分在重力作用下沉降。这同样导致不良的凝固和固化。

为了减少流体损失并提供更有利的流变性，在水性胶接组合物中纳入失水添加剂。失水添加剂也可以保护水泥料浆不出现沉降和分离。不幸的是，极少有失水添加剂能在190°F以上有效的发挥作用，且在250°F以上有效发挥作用的甚至更少。但在油井应用中使用的胶接组合物常常面对这些范围内的较高温度。另一个问题是当大量加入添加剂时，一些失水添加剂只在较高温度下有效。这是棘手的，因为过量的添加剂可引起过大、过早地粘度积累(build)，且还可造成更高的处理成本。这使得难以将粘稠的组合物泵送至远程井的位置。另一个问题是许多添加剂一旦被配制成胶接组合物就是活性的。但是，在许多应用中，如果添加剂在将组合物泵送至期望布置的地点后才起作用，将是更好的。但是，由于井的布置地点通常是远处的位置，因此在布置后加入添加剂是不实际的。

因此，仍然强烈需要具有高温功能性并且其功能性可被可控地延迟的失水添加剂。

发明内容

本发明提供用于改善控制水性胶接组合物在宽的温度范围内的失水、水合、沉降和分离的策略。本发明至少部分地基于用作组合物添加剂的水弥散(effusing)改性颗粒。水弥散是指颗粒以这样的方式包含至少一种水溶性聚合物以使得所述颗粒在水存在下弥散以释放所述颗粒的水稠化、水溶性部分。在许多实施方式中，弥散的部分包含至少一种包含在水弥散颗粒中的水溶性聚合物。因此，当颗粒的水溶性部分在水存在下释放时，颗粒被活化以控制流变性。通常，弥散部分的释放速度随着温度的增加而增大。从实用的角度看，颗粒的流变性改变特性被延迟了，但随着弥散进行这种特性被渐增地实现了。

先将水溶性聚合物形成为可弥散地溶解在水性介质中的颗粒团块可以提供显著的性能优势。首先，在供应的颗粒形式中水溶性聚合物的流变性改变的功能至少在一定程度上被掩蔽。因此，添加剂最初对胶接组合物的混合和布置到期望布置的地点具有最小的影响。这允许组合物被很容易地被泵送至远处井的位置。然后，响应于时间延迟和温度，颗粒的水溶性部分从颗粒中释放进入周围的料浆中，在料浆中，水溶性部分用于稠化水性介质的功能被迅速活化。特别地，活化引起快速的粘度积累并提供保护防止失水、成分分离和下沉。

活化颗粒还可以显著延迟胶接组合物的水合作用、延长作用时间。颗粒在包括例如250°F或以上的较高温度的宽温度范围内起作用。