[发明专利]含有交联聚合物的水泥

说明书

形成包含交联聚酰胺的井筒水泥的组合物和方法。通过使双官能胺与芳香族三官能羧酸反应，以形成聚酰胺。通过将水泥和水与聚酰胺共混然后使其固化，从而产生井筒水泥组合物。通过向水泥组合物中添加聚酰胺，从而实现水泥的抗压强度、杨氏模量和泊松比的提高。

技术领域

本公开涉及水泥以及制造该水泥的方法，该水泥可使套管结合至井筒上。更具体而言，本公开涉及水泥以及制造该水泥的方法，该水泥可使套管结合至井筒上，并且该水泥包含交联聚合物。

背景技术

产自地下地层的烃类通常经由从与地层相交的地表钻出的井筒而从地层流到地表。大多数井筒衬有套管和插入套管内的生产油管柱，以用于将烃类输送至地表。通常用注入套管和井筒之间的环空的水泥而使套管结合至井筒的内表面。除了将套管锚固在井筒内之外，水泥还使地层内的相邻区域彼此隔离。如果没有水泥隔离这些相邻区域，则来自不同的区域的流体(这些流体有时是不同的)可能在套管与井筒壁之间的环形空间中混合。当这些不同的流体中的一种为水时，需要将水与烃类分离。此外，如果产水区的压力超过产烃区的压力，则水有时会迁移到产烃区，从而降低井筒的产烃潜力。

水泥还可防止烃类流体从产烃区向井上流至地表以及套管与井筒壁之间的环空中。如果没有水泥，或者在水泥失效的情况下，已知烃类会迁移至地表，从而对操作人员造成安全隐患。对于深井而言，存在一个有问题的气体迁移区域，其中通常使用高达22磅/加仑的流体密度来控制气体或地层流体流入。为了控制气体迁移，用于成功固结目标区域的水泥密度有时高达22.7磅/加仑。随着水泥浆凝固，地层上的静水压力降低。在该转变期间，储层气体可向上行进通过水泥柱，从而导致在地表出现气体。可流出气体的渗透性通道会造成井场的操作和安全问题。气窜的原因包括：(1)泥浆/隔层/水泥设计不良，使得水和气体能够通过，从而导致注水泥操作失败；(2)水泥浆失水量大，其造成积水，从而导致水泥体内出现微破裂；(3)水泥不能提供足够的静水压力以控制高压地层。

发明内容

本发明公开了用于井筒的水泥组合物的一个实例，该水泥组合物包含水泥、水泥中的硅酸钙以及由三官能羧酸和二胺交联形成的聚芳酰胺缩合化合物。二胺的实例包括乙二胺、1,3-二氨基苯、1,4-二氨基苯、1,6-二氨基己烷、1,4-苯二胺以及它们的组合。可选择地，将1,6-二氨基己烷与癸二酰氯混合。在一个实例中，三官能羧酸为1,3,5-苯三甲酰氯。在一个实施方案中，聚芳酰胺包括聚(亚乙基均苯三甲酰胺)、聚(间-亚苯基均苯三甲酰胺)、聚(对-亚苯基均苯三甲酰胺)、聚(六亚甲基均苯三甲酰胺)、聚(六亚甲基-共-癸二酰基均苯三甲酰胺)、聚(对-亚苯基均苯三甲酰胺)、聚(间-亚苯基均苯三甲酰胺)和聚(六亚甲基均苯三甲酰胺)的共混物以及它们的组合。在一个实例中，聚(间-亚苯基均苯三甲酰胺)和聚(六亚甲基均苯三甲酰胺)的共混物为1:1的比例。任选地，聚芳酰胺缩合物占水泥的约3重量％。

本发明公开了用于井筒的水泥组合物的另一个实例，该水泥组合物包含水泥以及由芳香族三酰氯和胺交联形成的聚酰胺化合物。在一个实例中，聚酰胺的分子量范围为约189道尔顿至约555道尔顿。在一个实例中，水泥包含硅石，如结晶二氧化硅或硅酸钙。存在可替代的方案，其中胺包括二胺，如乙二胺、1,3-二氨基苯、1,4-二氨基苯、1,6-二氨基己烷、1,4-苯二胺以及它们的组合中的一种或多种。在一个可替代的方案中，三酰氯为1,3,5-苯三甲酰氯。胺任选地为1,6-二氨基己烷并且混合有癸二酰氯。在一个实施方案中，聚酰胺化合物的含量范围为水泥的约1重量％至水泥的约6重量％。

本发明还描述了形成用于井筒的水泥组合物的方法，该方法包括：通过使三官能羧酸与二胺化合，以形成交联聚酰胺；使一定量的水泥、水和聚酰胺化合，以形成混合物；以及使混合物固化，以形成水泥组合物。在一个实施方案中，聚酰胺构成水泥的约3重量％，并且其中水构成水泥的约42重量％。在一个可替代的方案中，聚酰胺为分子量范围为约189道尔顿至约555道尔顿的聚芳酰胺。存在可替代性方案，其中二胺为乙二胺、1,3-二氨基苯、1,4-二氨基苯、1,6-二氨基己烷、1,4-苯二胺或其组合。任选地，二胺为1,6-二氨基己烷并且混合有癸二酰氯。在一个实例中，水泥的固化在井筒内进行。