[发明专利]在高温下使用作为水泥添加剂的甲基羟乙基纤维素

说明书

技术领域

本发明涉及使用甲基羟乙基纤维素(HEMC)作为水泥组合物的添加剂，所述水泥组合物用于在穿透地下地层的井的构造期间使用以形成井筒。具有特定的甲基取代度和环氧乙烷的摩尔取代度的所述HEMC尤其在高温下提供改善的流体损失控制。

背景技术

在构造穿透地下地层的井期间，旋转式钻机通常用于钻穿地下地层以形成井筒。一旦钻出井筒，就使管或套管下放到井筒中。水泥浆料和置换流体，如钻井泥浆或水，沿管或套管内侧向下泵送并且通过管或套管外部和井筒之间的环形空间泵送回管或套管外。随后使水泥浆料凝结和硬化。

在井胶结中的常见问题是在井圆环域周围的地层中流体从水泥浆料进入多孔低压区域的损失。流体(液体和/或气体)损失为不希望的，因为它可导致水泥浆料的脱水。此外，它可致使形成水泥固体的厚滤饼。此类滤饼可填塞井筒。此外，流体损失可损害敏感地层。因此需要最少的流体损失，以便提供较好的层间封隔并且最小化由流体侵入引起的地层损害。

用于控制流体损失和气体从浆料迁移到多孔可渗透地层的常见水泥添加剂包括羟乙基纤维素(HEC)、羧甲基羟乙基纤维素(HEMC)、丙烯酰胺基甲基丙烷磺酸(AMPS)、聚乙烯亚胺、苯乙烯-丁二烯橡胶胶乳和聚乙烯醇。最近，USP 8,689,870公开了使用羟乙基甲基纤维素(HEMC)作为在低温(即，120℉到170℉)用途中采用的多用途水泥的添加剂。

另外，微粒添加剂，如硅石烟可与此类添加剂组合使用，以制备渗透性较低的水泥组合物。然而，此类材料在具有高水泥密度和低水与水泥比率的水泥组合物中效果最好。水泥密度越低并且水与水泥比率越高，使气体迁移降低到可接受水平并且使沟流保持最小所需要的可溶于水或成膜添加剂的量越高。较低的水泥密度需要较高量的传统添加剂。此量可提高到对于较低密度水泥组合物而言成本过高的点。

因此，期望的是寻找一种用于胶结在井筒内的管道或套管的可替代成本有效的胶结组合物，所述组合物尤其在高温例如高于170℉下展现了降低的流体损失，同时在环境(即，泵送)温度下维持充分低的粘度。

发明内容

本发明为此类水性胶结浆料组合物和使用其的方法。

在一个实施例中，本发明为一种用于在井的井眼中胶结管或套管的水性胶结浆料组合物，其包含(a)水凝水泥，(b)具有0.1到0.33的环氧乙烷摩尔取代度(EO MS)和1.3到1.5的甲基取代度(M DS)，优选地0.16到0.22的EO MS和1.35到1.45的M DS，优选地以水泥重量计(bwoc)，以0.1重量％到0.5重量％的量的甲基羟乙基纤维素(HEMC)，(c)水以及(d)任选地一种或多种其它添加剂，其通常添加到可用于在井的井眼中胶结管或套管的胶结组合物。

本发明的另一个实施例为上文中所公开的水性胶结浆料组合物，其中根据ISO10B-2在165℉下胶结组合物的流体损失量小于30cm³/30分钟。

本发明的另一个实施例为上文中所公开的水性胶结浆料组合物，其中HEMC包含以下的粒径级：(1)至少95％小于0.8mm，(2)至少70％小于0.63mm以及(3)至少30％小于0.2mm，其中粒径级通过激光衍射测定。

本发明的另一个实施例为上文中所公开的水性胶结浆料组合物，如在ASTM D-2364中描述在20℃下使用FANN 35粘度计，其水泥浆料粘度等于或小于300cp。

本发明的另一个实施例为一种用于在井的井眼中胶结管或套管的方法，所述方法包含使用上文中所公开的胶结组合物，其包含以下步骤：i)将胶结组合物引入井眼中和ii)使胶结组合物凝结。

具体实施方式

流体损失或相似术语是指随着时间推移从浆料释放或损失的水的任何量度。流体损失根据测试井水泥的推荐作法，《API推荐作法》10B-2,第23版(2002)(Recommended Practice for Testing Well Cements,API Recommended Practice 10B-2,23^rd Edition(2002))测量并且以cm³/30分钟表示。根据本发明，在100磅力/平方英寸表压(psig)的压力和指定测试温度下测量浆料。